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高考化学二轮复习专题十化学实验课件
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这是一份高考化学二轮复习专题十化学实验课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，专项模块素养培优，五年高考命题研究，要点归纳•再提升，检验氧化性气体，说明沉淀完全，经典对练•得高分，思路点拨，答案D，对点演练等内容，欢迎下载使用。
第一编
2022
内容索引
考点一 常见仪器及基本操作
考点二 物质的分离、提纯及检验
考点三 探究型综合实验
考点四 定量测定型实验
专项模块 素养培优
五年高考 命题研究
考点一 常见仪器及基本操作
要点归纳•再提升
1.实验操作的“第一步”(1)检查装置的气密性——制取气体、验证气体的性质等与气体有关的实验操作。(2)检查是否漏水——滴定管、容量瓶、分液漏斗等的使用。(3)调“0”点——天平等的使用。(4)验纯——点燃可燃性气体。
(5)润湿——用红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、碘化钾淀粉试纸检验或验证某些气体时。
检验碱性气体(NH3)等 检验酸性气体
检验氧化性气体
2.熟记七大基本操作(1)测定溶液pH的操作。
不能润湿,不能用pH试纸直接蘸取待测液
将一小块pH试纸放在洁净的表面皿上,用清洁干燥的玻璃棒蘸取少量待测液点到pH试纸中央,待试纸变色稳定后再与标准比色卡对照,读出对应的pH。
(2)沉淀剂是否过量的判断方法。①静置,向上层清液中继续滴加少量沉淀剂,若无沉淀产生,则证明沉淀剂已过量,否则沉淀剂不过量。
说明沉淀完全
②静置,取上层清液适量置于另一洁净试管中,向其中加入少量与沉淀剂作用产生沉淀的试剂,若产生沉淀,证明沉淀剂已过量,否则沉淀剂不过量。
(3)洗涤沉淀的操作。将蒸馏水沿着玻璃棒注入过滤器中至浸没沉淀,静置,使蒸馏水自然流出,重复2~3次即可。
微点拨洗涤沉淀的操作的答题表述中,易出现“取沉淀于过滤器中”的错误表述,应是在原过滤器中进行操作。
(4)判断沉淀是否洗净的操作。取最后一次洗涤液,滴加……(试剂),若没有……(现象),证明沉淀已经洗净。
检验的离子为生成沉淀后溶液中的离子
(5)检查装置的气密性。①简易装置:将导气管一端放入水中(液封气体),用手焐热试管,观察现象。若导管口有气泡冒出,冷却到室温后,导管内有一段稳定的水柱,表明装置气密性良好。
②有长颈漏斗的装置如图:用止水夹关闭烧瓶右侧的导气管,向长颈漏斗中加入适量水,长颈漏斗中会形成一段液柱,停止加水,过一段时间后,若漏斗中的液柱无变化,则装置气密性良好。
首先将容器中的气体密封起来
(6)分液操作。将分液漏斗静置分层,在漏斗下面放一个小烧杯,先打开上口塞子再打开分液漏斗活塞,使下层液体从下口沿烧杯壁流下,流完后关闭活塞,上层液体从上口倒出。
使上下压强相等,保证液体顺利流下
(7)溶液中结晶的实验操作。①溶解度受温度影响较小的:蒸发→结晶→过滤。②溶解度受温度影响较大或带结晶水的:蒸发浓缩→冷却结晶→过滤。
3.常见仪器的“一材多用”应变换思维角度,注意常用仪器的非常规使用及“一材多用”。例如:干燥管除用于干燥气体外,还可以用于组装防倒吸装置(如图①)、组装类似启普发生器装置(如图②);集气瓶除用于收集气体外,还可用于贮存气体(如图③)、测量气体体积(如图④)、作洗气瓶(如图⑤)等用途,图⑥既可以收集密度比空气大的气体(“长进短出”),也可以收集密度比空气小的气体(“短进长出”),还可以作为安全瓶(“短进长出”)等。
经典对练•得高分
考向1 化学实验常识、常见仪器的使用与基本操作真题示例1-1.(2020山东卷,1)实验室中下列做法错误的是( )A.用冷水贮存白磷B.用浓硫酸干燥二氧化硫C.用酒精灯直接加热蒸发皿D.用二氧化碳灭火器扑灭金属钾的燃烧
思路点拨
答案 D
1-2.(2021广东卷,7)测定浓硫酸试剂中硫酸含量的主要操作包括:①量取一定量的浓硫酸,稀释;②转移定容得待测液;③移取20.00 mL待测液,用0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液滴定。上述操作中,不需要用到的仪器为( )
答案 B 解析 本题考查一定物质的量浓度溶液的配制和酸碱中和滴定。溶液配制时用到容量瓶,溶液滴定时用到碱式滴定管和锥形瓶,实验中未用到分液漏斗,B项符合题意。
1-3.(2021河北卷,3)下列操作规范且能达到实验目的的是( )
答案 A 解析 本题考查常见实验基本操作知识(包含酸碱中和滴定、中和热测定、浓硫酸稀释及萃取分液等)。通过观察锥形瓶中颜色的变化(由无色变为浅红色且半分钟内不褪色),可确定滴定终点,从而测定出醋酸的浓度,A项正确。测定中和热的实验装置中,大小烧杯杯口应该平齐,且温度计不能接触烧杯底,B项错误。用容量瓶配制一定物质的量浓度的溶液时,不能直接在容量瓶中溶解或稀释,C项错误。萃取分液时,分液漏斗的尖端应该紧贴烧杯内壁,以防止分液时液体迸溅,D项错误。
对点演练
1-1.(2021湖南永州三模)下列实验操作正确的是( )A.将MgCl2溶液加热蒸干以制备无水MgCl2B.金属钠可保存在煤油、四氯化碳等有机溶剂中C.常压蒸馏时,加入液体的体积不超过蒸馏烧瓶容积的三分之二D.用标准HCl溶液滴定NaHCO3溶液来测定其浓度,选择酚酞为指示剂
答案 C
解析 加热蒸干MgCl2溶液生成Mg(OH)2,A错误;金属钠的密度比四氯化碳的小,钠不能保存在四氯化碳中,B错误;常压蒸馏时,加入液体的体积不超过蒸馏烧瓶容积的三分之二,C正确;NaHCO3溶液呈碱性,滴定终点时溶液呈弱酸性,应选择甲基橙为指示剂,D错误。
1-2.(2020浙江卷)下列有关实验说法,不正确的是( )A.碱液不慎溅到手上,先用大量水冲洗,再用饱和硼酸溶液洗,最后用水冲洗B.KCl和MnO2的混合物经溶解、过滤、洗涤、干燥,可分离出MnO2C.用容量瓶配制溶液,定容时若加水超过刻度线,立即用滴管吸出多余液体D.火柴头的浸泡液中滴加AgNO3溶液、稀硝酸和NaNO2溶液,可检验火柴头是否含有氯元素
答案 C
解析 若皮肤不慎沾上少量碱液,应先用大量水冲洗,再用2%醋酸溶液或饱和硼酸溶液洗,最后用水冲洗,避免皮肤受损,故A正确;二氧化锰不溶于水,氯化钾可溶于水,所以混合物经溶解、过滤、洗涤、干燥,可分离出MnO2,故B正确;滴管吸出的液体中含有溶质,因此会导致所配溶液浓度偏小,正确操作应该是重新配制,故C错误;火柴头中含有KClO3,检验氯元素,应把
考向2 化学实验装置分析及评判真题示例2-1.(2020山东卷,5)利用下列装置(夹持装置略)进行实验,能达到实验目的的是( )
A.用甲装置制备并收集CO2B.用乙装置制备溴苯并验证有HBr产生C.用丙装置制备无水MgCl2D.用丁装置在铁上镀铜
思路点拨
答案 C
2-2.(2021全国乙卷,8)在实验室采用如图装置制备气体,合理的是( )
答案 C
解析 NH3的密度小于空气的密度,收集NH3应该用向下排空气法,题干中装置采用的是向上排空气法,A项错误;MnO2与浓盐酸反应制Cl2、NaCl与浓硫酸反应制取HCl,均应该使用固-液加热型制气装置,而题干给出的装置属于固-固加热型制气装置,B、D项错误;利用MnO2与KClO3共热制取氧气,制取装置及收集装置均正确,C项符合题目要求。
对点演练
2-1.(2021湖南湘豫名校3月联考)用下列实验装置进行相应实验(部分夹持装置未画出),说法不正确的是( )
A.图1装置检验出有CO生成,能证明焦炭与二氧化硅发生了反应B.图2可用作少量氨气的尾气吸收装置C.图3装置可以除去SO2中的少量HClD.图4关闭活塞K,从a处加水可检验装置气密性
答案 A
解析 在空气不足的情况下,焦炭和空气中的氧气也能反应生成一氧化碳,A错误;氨气极易溶于水,吸收时需要防止倒吸,B正确;亚硫酸氢钠能与氯化氢反应生成二氧化硫,不能与二氧化硫反应,C正确;关闭活塞后加入水形成了封闭体系,若右侧水面比左侧高,且一段时间不改变则可说明气密性良好,D正确。
2-2.(2021湖南长郡十五校联考)用下列装置能达到有关实验目的的是( )
A.用甲图装置比较NaHCO3和Na2CO3的热稳定性B.用乙图装置制取金属锰C.用丙图装置可以除去淀粉溶液中的少量NaClD.用丁图装置从氯化钠溶液中获得氯化钠晶体
答案 B
解析 应将NaHCO3和Na2CO3盛放的位置对调,A错误;通过铝热反应可以制取铁、锰等金属,B正确;淀粉溶液是胶体,所以除去淀粉溶液中的少量NaCl可用渗析的方法,而不能用分液的方法,C错误;从氯化钠溶液中获得氯化钠晶体用的方法是蒸发结晶,要用到蒸发皿,而不是坩埚,D错误。
3-1.(2021湖南卷,3)下列实验设计不能达到实验目的的是( )
考向3 实验操作、现象与结论是否一致的判断真题示例
思路点拨
答案 C
3-2.(2018全国Ⅱ卷,13)下列实验过程可以达到实验目的的是( )
思路点拨根据实验目的和操作过程分析判断:
答案 B
对点演练
3-1.(2021湖南怀化一模)根据下列实验操作和现象所得到的结论正确的是( )
答案 C
解析 浓硝酸也有挥发性,浓氨水接近浓硝酸也会出现白烟(硝酸铵),A错误;加入碘化钾的量少,无法将三价铁离子完全反应,加入KSCN溶液一定会变红色,无法证明此反应为可逆反应,B错误;品红褪色说明有二氧化硫生成,硫元素化合价由+6价→+4价,体现了浓硫酸的强氧化性,C正确;使溴的四氯化碳溶液褪色,只能说明有不饱和烃,但不一定是乙烯,D错误。
3-2.(2021天津南开区二模)下列实验操作、现象和结论均正确的是( )
答案 D
解析 能使澄清石灰水变浑浊的气体还可能是SO2,所以溶液中也可能含有 ,故A错误;在空气中点燃氢气,将导管伸入盛有氯气的集气瓶,集气瓶中产生白雾,生成HCl,故B错误;向Na2SiO3溶液中滴入稀盐酸,发生反应生成难溶于水的H2SiO3,说明盐酸酸性比硅酸强,但盐酸不是氯元素的最高价氧化物的水化物,故不能证明非金属性:Cl>Si,故C错误;向Ba(OH)2溶液中滴加少量稀硫酸发生反应:Ba(OH)2+H2SO4==BaSO4↓+2H2O,溶液中的离子浓度减小,电导率减小,故D正确。
技法点拨解答有关表格分析型实验题的思维模型
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)用湿润的蓝色石蕊试纸检验NH3。( )(2)蒸馏时温度计水银球可以插入液面以下。( )(3)制取气体时,先检查装置气密性后装药品。( )
提示 ×。NH3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
提示 ×。蒸馏时温度计水银球应位于支管口处。
提示 √。只有在确定装置不漏气后方可使用。
(4)点燃可燃性气体如H2、C2H4等时,先检验气体纯度后点燃。( )(5)使用容量瓶、分液漏斗、滴定管前,先洗涤干净后检查是否漏水。( )
提示 √。点燃可燃性气体时,必须检验气体纯度。
提示 √。容量瓶、分液漏斗、滴定管使用前,需检查是否漏水。
考点二 物质的分离、提纯及检验
要点归纳•再提升
1.分离提纯物质的化学方法和原理
注意不要引入新的杂质。如不能用酸性KMnO4溶液除去甲烷中的乙烯,因为会引入新的杂质CO2
2.物质分离与提纯的四种类型(1)“固+固”混合物的分离(提纯)
(2)“固+液”混合物的分离(提纯)
(3)“液+液”混合物的分离(提纯)
(4)“气+气”混合物的分离(提纯)
3.物质检验的常用方法
4.物质检验的技巧和要求(1)先物理后化学,先利用物质的特殊颜色、状态、气味、焰色反应等进行检验,后利用化学反应检验。(2)先常温后加热,先鉴别出常温下反应的物质,后鉴别加热条件下反应的物质。(3)先分组后“逐一”,根据阴(阳)离子或官能团的性质分成若干组,然后再逐一鉴别。
(4)检验反应要求具有一定的选择性、典型性和明显的外部特征。如品红溶液检验SO2,KSCN溶液检验Fe3+,湿润的红色石蕊试纸检验NH3等颜色的改变,或气体的生成,或沉淀的生成和溶解等特征现象。
(6)通过①观察颜色;②反应现象;③共存关系;④电荷守恒;⑤来龙去脉,追踪推断物质组成成分中一定含有、一定不含有、可能含有某物质(离子)。
经典对练•得高分
考向1 物质的分离与提纯真题示例1-1.(2020全国Ⅰ卷,9)下列气体去除杂质的方法中,不能实现目的的是( )
思路点拨
答案 A
1-2.(2019全国Ⅱ卷,28)咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇,熔点234.5 ℃,100 ℃以上开始升华),有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%~5%、单宁酸(Ka约为10-6,易溶于水及乙醇)约3%~10%,还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。
索氏提取装置如右图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发,蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管,冷凝后滴入滤纸套筒1中,与茶叶末接触,进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时,经虹吸管3返回烧瓶,从而实现对茶叶末的连续萃取。
回答下列问题:(1)实验时需将茶叶研细,放入滤纸套筒1中,研细的目的是 。圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂,加热前还要加几粒 。 (2)提取过程不可选用明火直接加热,原因是 。与常规的萃取相比,采用索氏提取器的优点是 。 (3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比,乙醇作为萃取剂的优点是 。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外,还有 (填标号)。 A.直形冷凝管 B.球形冷凝管C.接收瓶 D.烧杯
(4)浓缩液加生石灰的作用是中和 和吸收 。 (5)可采用如右图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热,咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结,该分离提纯方法的名称是 。
答案 (1)增加固液接触面积,提取充分 沸石(2)乙醇易挥发,易燃 使用溶剂量少,可连续萃取(萃取效率高)(3)乙醇沸点低,易浓缩 AC (4)单宁酸 水 (5)升华
解析 (1)将茶叶研细是为了增加固液接触面积,使提取充分。为了防止暴沸,需要加入沸石。(2)乙醇容易挥发,且易燃烧。根据所给萃取的原理和装置,可知该种萃取方法中萃取剂可以连续使用,萃取效率高。(3)乙醇的沸点比水的低,蒸馏浓缩容易;直形冷凝管便于馏分液体流出,故A项正确,B项错误。(4)因为茶叶中含有单宁酸,故加入生石灰可以中和单宁酸,且生石灰可与水反应,从而达到吸收水的目的。(5)固体直接转化为气体,属于升华。
对点演练
1-1.(2021湖南“五市十校教研教改共同体”大联考)为提纯下列物质(括号内的物质为杂质),所选用的除杂试剂和分离方法都正确的是( )
答案 A
解析 溴苯中混入溴,加入NaOH溶液后,NaOH与Br2发生反应生成的溴化钠和次溴酸钠均易溶于水,水层与溴苯分层,利用分液法分离,能达到除杂的目的,A正确;二氧化硫与氯气溶于水后均不能与饱和NaHSO4溶液反应,无法起到除杂的效果,B不正确;乙烷中混入乙烯,加入酸性KMnO4溶液时乙烯被氧化为CO2混在乙烷中,不能达到除杂的目的,C不正确;乙醇中混有水,加入生石灰与水反应,然后进行蒸馏便可获得乙醇,不能用渗析的方法,D不正确。
1-2.(2021贵州贵阳模拟)下表中除去物质中杂质选用的试剂或操作方法正确的一组是( )
A.①②③ B.①③④ C.②③④ D.①②④
答案 C 解析 加入氯化铁会引入杂质Cl-,故①不正确;加入铁粉置换出铜,通过过滤除去铜及过量的铁粉,故②正确;利用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体,再用浓硫酸干燥氢气,故③正确;碳酸钙不溶于水,溶解后过滤,再蒸发即可得到纯净的NaNO3,故④正确。
1-3.(2021河北邯郸模拟)超临界状态下的CO2流体溶解性与有机溶剂相似,可提取中药材的有效成分,工艺流程如下。
下列说法中错误的是( )A.浸泡时加入乙醇有利于中草药有效成分的浸出B.高温条件下更有利于超临界CO2流体萃取C.升温、减压的目的是实现CO2与产品分离D.超临界CO2流体萃取中药材具有无溶剂残留、绿色环保等优点
答案 B 解析 高温条件下,二氧化碳为气态,而萃取是利用超临界状态下的CO2流体,故高温条件下不利于超临界CO2流体萃取,B项错误。
技法点拨除杂的“四原则”和“四注意”
考向2 常见物质的检验与鉴别真题示例2-1.(2019全国Ⅱ卷,10)下列实验现象与实验操作不相匹配的是( )
思路点拨
答案 A
2-2.(2018天津卷,4)由下列实验及现象推出的相应结论正确的是( )
答案 B
解析 Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应可产生蓝色沉淀,因此能说明原溶液中存在Fe2+,但不能说明Fe3+是否存在,A项错误;较强酸可以制备较弱酸,B项正确;悬浊液中含有Na2S,能与CuSO4溶液反应生成CuS,不能证明
技法点拨S 的检验方法:先加稀盐酸无现象(排除碳酸根离子和银离子的干扰),再加BaCl2溶液,有白色沉淀生成,证明含有S 。
对点演练
2-1.(双选)(2021湖南“五市十校教研教改共同体”大联考)下列实验操作、现象解释或结论都正确的是( )
答案 CD
解析 烧杯中浓硫酸足量,则反应后剩余浓硫酸,不能将冷水注入烧杯,A错误;纳米铜是纯净物,不可能是固溶胶,纳米铜的水溶液是液溶胶,因此用一束光照射纳米铜的水溶液会产生丁达尔效应,B错误;生成氢氧化镁后体系中还含有过量的氢氧根离子,因此不能证明氢氧化镁能转化为氢氧化铜,也就不能证明Ksp[Cu(OH)2]2-2.(2020河南安阳模拟)下列实验操作、结论或解释均正确的是( )
答案 A
解析 检验氯离子用硝酸银溶液,但碘离子的存在对氯离子的检验有干扰,因此先用Fe(NO3)3将碘离子氧化为碘单质并用CCl4萃取,萃取完成后上层液体中不含碘离子,再加硝酸酸化的硝酸银溶液有白色沉淀产生,则表明溶液中含有氯离子,故A正确; 均可与盐酸反应生成能使澄清石灰水变浑浊的气体,故B错误;检验亚铁离子应先加KSCN溶液,溶液未变红,再通入氯气,溶液变红,证明有Fe2+,故C错误;淀粉遇碘酸钾不能变蓝色,故D错误。
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)过量的Fe粉与氯气充分反应后,向反应后的混合物中加水,取上层清液滴入KSCN溶液,溶液不变红色,说明氯气将Fe氧化为Fe2+。( )(2)将某气体通入品红溶液中,品红褪色,说明该气体一定是SO2。( )(3)向溶液中滴加稀NaOH溶液,将湿润的红色石蕊试纸置于管口,试纸不变蓝,说明溶液中没有N 。( )
提示 ×。过量铁粉可将Fe3+还原为Fe2+。
提示 ×。可能是氯气等其他氧化性气体。
提示 ×。改用浓NaOH溶液并加热以利于氨气逸出。
(4)取适量Na2SO3固体于试管中,加水溶解,加入Ba(NO3)2溶液,再加入稀硝酸,先有白色沉淀,加入稀硝酸后沉淀不溶解,说明Na2SO3固体已变质。( )
提示 ×。稀硝酸能氧化Na2SO3,无法判断是否变质。
(5)分离溴的CCl4溶液:可选用分液的方法。( )
提示 ×。溴溶解在CCl4中,应改为蒸馏法。
(6)除去食盐中混有的少量NH4Cl:加过量的烧碱溶液后加热蒸干。( )(7)分离淀粉胶体中的NaCl溶液:可选用过滤的方法。( )(8)除去粗铜中的锌、铁、银等金属:可选用电解法。( )
提示 ×。会产生新的杂质NaOH。应改为热分解法。
提示 ×。胶体粒子和Na+、Cl-均能透过滤纸,应改为渗析法。
提示 √。电解法可实现粗铜精炼。
易错警示(1)气体除杂的注意事项①除去气体杂质时,一般先除其他杂质,然后再除去水蒸气。②除去多种杂质时要考虑加入试剂的先后顺序。(2)注意结晶与重结晶的区别①结晶指晶体从溶液中析出的过程。可采用蒸发溶剂的方法使溶质结晶析出。也可采用降温的方法使溶质结晶析出。②重结晶指析出的晶体经过溶解后再次从溶液中结晶析出的过程,是一种利用物质的溶解性不同而进行提纯、分离的方法。
(3)分步沉淀又称选择性沉淀,指选择适当沉淀剂或控制溶液的pH,使溶液中两种或多种离子分步沉淀下来,达到分离的目的。如向等浓度的KCl和K2CrO4混合液中逐滴加入稀AgNO3溶液,先产生AgCl沉淀,后产生Ag2CrO4沉淀。
考点三 探究型综合实验
要点归纳•再提升
1.制备一种物质的一般过程
2.重要物质的制备实验方案的设计过程
微点拨物质制备实验设计的注意事项(1)“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。(2)“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。(3)“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。
3.有机制备实验题解题流程
微点拨有机反应加热方法的选择①酒精灯加热:需要温度不太高的实验都可用酒精灯加热。②水浴加热:水浴加热的温度不超过100 ℃。③防暴沸:加碎瓷片或沸石,防止液体暴沸,若开始忘加,需冷却后补加。
经典对练•得高分
考向1 气体及无机制备实验探究真题示例1.(2017全国Ⅰ卷,10)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质,焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是( )
A.①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液B.管式炉加热前,用试管在④处收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度C.结束反应时,先关闭活塞K,再停止加热D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
答案 B 解析 浓硫酸应放在最后来干燥氢气,A项错误;可燃性气体在加热前需要验纯,所以管式炉加热前,用试管在④处收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度,B项正确;结束反应时,先停止加热,再关闭活塞K,C项错误;二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气需要加热的条件且二氧化锰通常为粉末状固体,故不能在装置Q(启普发生器)中进行二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气,D项错误。
技法点拨无机物的制备解题策略
对点演练1-1.(2021江苏徐州模拟)Cl2O是黄棕色具有强烈刺激性气味的气体,是一种强氧化剂,易溶于水且会与水反应生成次氯酸,与有机物、还原剂接触或加热时会发生燃烧并爆炸。一种制取Cl2O的装置如图所示。
已知:Cl2O的熔点为-116 ℃,沸点为3.8 ℃;Cl2的沸点为-34.6 ℃;HgO+2Cl2==HgCl2+Cl2O。下列说法不正确的是( )A.装置②、③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸B.通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释,减小爆炸危险C.从装置⑤中逸出气体的主要成分是Cl2OD.装置④与⑤之间不用橡胶管连接,是为了防止橡胶管燃烧和爆炸
答案 C 解析 制取Cl2O需要干燥纯净的氯气,所以②、③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸,A项正确;Cl2O易爆炸,所以通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释,减小爆炸危险,B项正确;装置⑤是为了收集Cl2O,所以温度低于3.8 ℃,此时氯气是气体,逸出的气体主要是空气和反应剩余的Cl2,C项错误;Cl2O与有机物接触会发生燃烧并爆炸,装置④与⑤之间不用橡胶管连接,是为了防止橡胶管燃烧和爆炸,D项正确。
1-2.(2021湖南长沙明德中学三模)实验室模拟制备亚硝酰硫酸(NOSO4H)的反应装置如图所示,下列关于实验操作或叙述错误的是( )
已知:①亚硝酰硫酸为棱形结晶,溶于硫酸,遇水易分解②反应原理:SO2+HNO3==SO3+HNO2、SO3+HNO2==NOSO4H
A.浓硝酸与浓硫酸混合时,是将浓硫酸慢慢滴加到浓硝酸中,边加边搅拌B.装置B和D中的浓硫酸的作用是防止水蒸气进入C导致亚硝酰硫酸分解C.冷水的温度控制在20 ℃左右,太低反应速率太慢;太高硝酸易分解,SO2逸出D.实验时用98%的浓硫酸代替70%的H2SO4溶液产生SO2速率更快
答案 D
解析 浓硝酸与浓硫酸混合时,如果将浓硝酸注入浓硫酸中,容易发生液滴飞溅,故浓硝酸与浓硫酸混合时,是将浓硫酸慢慢滴加到浓硝酸中,并且边加边搅拌,搅拌的目的是及时散热,防止局部过热,A正确;亚硝酰硫酸遇水易分解,装置B中的浓硫酸的作用是干燥SO2气体,装置D中的浓硫酸的作用是防止装置E中的水蒸气进入装置C中,B正确;为了保证反应速率不能太慢,同时又要防止温度过高硝酸分解,SO2逸出,故冷水的温度控制在20 ℃左右,C正确;98%的浓硫酸中很难电离出H+,如果用98%的浓硫酸代替70%的H2SO4溶液,产生SO2速率更慢,D错误。
考向2 物质组成实验探究真题示例2.(2018全国Ⅱ卷,28)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图,回答下列问题:(1)晒制蓝图时,用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂,其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3] 2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑;显色反应的化学方程式为 。
(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按下图所示装置进行实验。
①通入氮气的目的是 。 ②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有 、 。 ③为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是 。 ④样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是: 。
(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。①称量m g样品于锥形瓶中,溶解后加稀硫酸酸化,用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点,滴定终点的现象是 。 ②向上述溶液中加入适量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中,加稀硫酸酸化,用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液V mL,该晶体中铁的质量分数的表达式为 。
思路点拨(1)陌生反应的化学方程式的书写方法
(2)①分析实验操作的目的——类比联想联想以往通氮气的实验中氮气的作用,结合本题题给信息和要求可知,反应前通入氮气的目的是排尽装置中的空气,保证实验过程隔绝空气以及使反应生成的气体全部进入后续装置。②实验现象的分析——根据实验现象判断物质变化实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,说明A中反应一定产生二氧化碳;装置E中固体变为红色,说明氧化铜被还原为铜,F中澄清石灰水变浑浊,说明E中反应产生二氧化碳,则A中反应有还原性气体CO生成。由此判断热分解产物中一定含有CO2、CO。
③防倒吸实验操作——类比联想氢气还原氧化铜的实验操作中,为防止倒吸,熄灭酒精灯后还要继续通氢气至装置冷却,由此可以联想到为防止倒吸,在停止实验时应进行的操作是先熄灭装置A、E处的酒精灯,冷却后停止通入氮气。④物质的检验——根据答题模板回答常用答题模板:取少量XX固体试剂于试管中,加水(或酸)配成溶液→滴入XX试剂→描述现象→得出结论。检验方法:取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3。
(3)氧化还原滴定及计算①滴定终点的判断高锰酸钾氧化草酸根离子,加入最后一滴高锰酸钾溶液使溶液显粉红色,说明草酸根离子已完全反应。所以滴定终点的现象是溶液出现粉红色且半分钟内粉红色不消失。②氧化还原滴定的计算——关系式法第一步,确定各物质的物质的量关系根据守恒法可列出Fe3+、Fe2+与KMnO4三种物质对应的关系式,关系式及分析如下图所示:
第二步,根据题目要求和题给数据列式计算反应中消耗高锰酸钾0.001cV mol,亚铁离子的物质的量是0.005cV mol,则
答案 (1)3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6] ==Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 ②CO2、CO ③先熄灭装置A、E处的酒精灯,冷却后停止通入氮气 ④取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3(3)①溶液出现粉红色且半分钟内粉红色不消失
技法点拨常见固体的检验答题模板为“取固体,加溶剂溶解、加试剂、说现象、得结论”。如本题中,取固体加入稀硫酸溶解,取少量溶解后的溶液于试管中,加入KSCN溶液,若溶液显红色,则证明含有Fe2O3;另取少量溶液于试管中,加入酸性高锰酸钾溶液,若紫红色变浅或褪去,则证明溶液中含有FeO。
对点演练2.(2020北京卷,19)探究Na2SO3固体的热分解产物。资料:①4Na2SO3 Na2S+3Na2SO4 ②Na2S能与S反应生成Na2Sx,Na2Sx与酸反应生成S和H2S。③BaS易溶于水。隔绝空气条件下,加热无水Na2SO3固体得到黄色固体A,过程中未检测到气体生成。黄色固体A加水得到浊液,放置得无色溶液B。(1)检验分解产物Na2S:取少量溶液B,向其中滴加CuSO4溶液,产生黑色沉淀,证实有S2-。反应的离子方程式是 。
(2)检验分解产物Na2SO4:取少量溶液B,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,加入盐酸,沉淀增多(经检验该沉淀含S),同时产生有臭鸡蛋气味的气体(H2S),由于沉淀增多对检验造成干扰,另取少量溶液B,加入足量盐酸,离心沉降(固液分离)后, (填操作和现象),可证实分解产物中含有S 。 (3)探究(2)中S的来源。来源1:固体A中有未分解的Na2SO3,在酸性条件下与Na2S反应生成S。来源2:溶液B中有Na2Sx,加酸反应生成S。针对来源1进行如图实验:
①实验可证实来源1不成立。实验证据是 。 ②不能用盐酸代替硫酸的原因是 。 ③写出来源2产生S反应的离子方程式: 。 (4)实验证明Na2SO3固体热分解有Na2S、Na2SO4和S产生。运用氧化还原反应规律分析产物中S产生的合理性: 。
答案 (1)S2-+Cu2+==CuS↓(2)滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀(3)①向溶液2中加入KMnO4溶液,溶液没有褪色 ②盐酸中Cl元素为-1价,是Cl元素的最低价,具有还原性,会与KMnO4溶液发生氧化还原反应,使KMnO4溶液褪色,干扰实验现象和实验结论 ③ +2H+==H2S↑+(x-1)S↓(4)根据反应4Na2SO3 Na2S+3Na2SO4可知,Na2SO3发生歧化反应,其中的S元素化合价既可升高也可降低,能从+4价降为-2价,也应该可以降到0价生成硫单质
解析 (1)Na2S和CuSO4溶液反应生成硫化铜和硫酸钠,反应的离子方程式是S2-+Cu2+==CuS↓;(2)根据题干资料:Na2S能与S反应生成Na2Sx,Na2Sx与酸反应生成S和H2S,取少量溶液B,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,加入盐酸,沉淀增多(经检验该沉淀含S),同时产生有臭鸡蛋气味的气体(H2S),说明B溶液中含有Na2Sx,Na2Sx与酸反应生成S和H2S,由于沉淀增多对检验造成干扰,另取少量溶液B,加入足量盐酸,离心沉降(固液分离)后,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,可证实分解产物中含有S ;(3)①实验可证实来源1不成立。根据分析,若溶液B中含Na2SO3,则溶液2为H2SO3,向溶液2中加入少量KMnO4溶液,H2SO3具有还原性,酸性条件下KMnO4具有强氧化性,二者
混合后应发生氧化还原反应,KMnO4溶液应该褪色,但得到的仍为紫色,说明溶液B中不含Na2SO3;②不能用盐酸代替硫酸的原因是盐酸中Cl元素为-1价,是Cl元素的最低价,具有还原性,会与KMnO4溶液发生氧化还原反应,使KMnO4溶液褪色,干扰实验现象和实验结论;③来源2认为溶液B中有Na2Sx,加酸反应生成S,反应的离子方程式: +2H+==H2S↑+(x-1)S↓;(4)根据已知资料:4Na2SO3 Na2S+3Na2SO4,亚硫酸钠中硫为+4价,硫酸钠中硫为+6价,硫化钠中硫为-2价,根据反应可知Na2SO3发生歧化反应,其中的S元素化合价既可升高也可降低,能从+4价降为-2价,也应该可以降到0价生成硫单质。
考向3 物质性质实验探究真题示例3.(2020全国Ⅲ卷,26)氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。
回答下列问题:(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是 ,a中的试剂为 。 (2)b中采用的加热方式是 。c中化学反应的离子方程式是 ,采用冰水浴冷却的目的是 。 (3)d的作用是 ,可选用试剂 (填字母)。 A.Na2S B.NaClC.Ca(OH)2 D.H2SO4
(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶, , ,干燥,得到KClO3晶体。 (5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中,滴加中性KI溶液。1 号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色,加入CCl4振荡,静置后CCl4层显 色。可知该条件下KClO3的氧化能力 (填“大于”或“小于”)NaClO。
思路点拨整体分析反应装置。装置共分四部分。
(1)仪器的名称和试剂的选择。根据盛放MnO2粉末的仪器结构可知该仪器为圆底烧瓶;利用浓盐酸和MnO2粉末共热制取氯气,生成的氯气中混有HCl气体,因此装置a的作用是除去氯气中混有的HCl气体,除杂试剂可选用饱和食盐水。(2)制备目标物质的分析。由题给信息可知,b装置中生成KClO3,c装置中生成NaClO。①加热方式的判断。盛有KOH溶液的试管放在盛有水的大烧杯中加热,该加热方式为水浴加热。
②离子方程式的书写。由目标产物及图示分析可知,c装置中氯气与NaOH溶液反应生成NaClO和NaCl,离子方程式为Cl2+2OH-==ClO-+Cl-+H2O。③操作目的的分析——对比分析。第一步,进行比较。
对比三,产物不同。b装置中生成KClO3;c装置中生成NaClO。第二步,得出结论。产物中氯元素的价态不同取决于反应的温度。第三步,回答问题。冰水浴的目的是避免生成NaClO3。(3)装置的作用和试剂的选择。第一步,物质性质的分析:氯气有毒;第二步,装置作用的判断:d装置的作用是吸收尾气(Cl2);第三步,根据物质性质选择试剂:
Na2S可以将氯气还原成氯离子,可以吸收氯气,A项正确;氯气在NaCl溶液中溶解度很小,无法充分吸收氯气,B项错误;氯气可以与Ca(OH)2悬浊液反应生成氯化钙和次氯酸钙,C项正确;氯气与硫酸不反应,且硫酸溶液中存在大量氢离子会降低氯气的溶解度,D项错误。(4)实验基本操作——从溶液中得到晶体的操作。依据:从溶液中得到晶体的一般操作为“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥”。结论:根据一般操作步骤和该题设问可得出相关结论:过滤、洗涤。
(5)氧化能力强弱的探究。
答案 (1)圆底烧瓶 饱和食盐水(2)水浴加热 Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O 避免生成NaClO3 (3)吸收尾气(Cl2) AC (4)过滤 少量(冷)水洗涤(5)紫 小于
对点演练3-1.(2021山东泰安模拟)某同学在实验室选用下列实验装置,验证浓硫酸与炭反应的生成物。下列说法正确的是( )
A.浓硫酸与炭反应中,浓硫酸表现出酸性和强氧化性B.验证产物的正确连接顺序为Ⅰ→Ⅳ→Ⅲ→ⅡC.装置Ⅱ中两侧品红溶液在实验设计中的作用不相同D.若连接顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ,无法检验产物中有无CO2
答案 C
解析 A.浓硫酸与炭反应中,浓硫酸只表现出强氧化性,由于没有生成硫酸盐,所以没有表现酸性;B.验证产物一般原则是先检验水,然后检验有特殊现象的物质,最后在除去干扰物质的情况下检验剩余物质。正确连接顺序为:Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ→Ⅳ;C.装置Ⅱ中左侧品红溶液在实验设计中的作用是检验SO2,右侧的则是检验高锰酸钾溶液是否将SO2完全吸收,二者在实验中的现象不同,作用也不相同;D.若连接顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ,Ⅱ装置检验并除去SO2,Ⅲ装置检验水,产物中CO2可以用Ⅳ装置检验。
3-2.(2021河南平顶山模拟)文献报道,H2能还原FeCl2。某学习小组设计实验探究“文献”的真实性,下列各步实验装置错误的是( )
答案 C 解析 氢气还原氯化亚铁生成铁、氯化氢,检验氯化氢可以确认氢气是否能还原氯化亚铁。A装置用于制备氢气;B装置用于还原氯化亚铁;C装置用于检验氯化氢,因为氯化氢极易溶于水,必须采用防倒吸装置;D装置用于干燥气体。
技法点拨气体的干燥(1)有氧化性的干燥剂(如浓硫酸)不能干燥有还原性的气体(如H2S、HI等)。(2)不能用CaCl2干燥NH3,因为CaCl2与NH3能发生反应。(3)当气体中含有多种杂质时,若采用洗气装置除杂,通常是除杂在前,干燥在后。若用加热装置除杂,通常是干燥在前,除杂在后。
4-1.(双选)(2021湖南卷,13)1-丁醇、溴化钠和70%的硫酸共热反应,经过回流、蒸馏、萃取分液制得1-溴丁烷粗产品,装置如图所示:
已知:CH3(CH2)3OH+NaBr+H2SO4 CH3(CH2)3Br+NaHSO4+H2O
考向4 有机制备实验真题示例
下列说法正确的是( )A.装置Ⅰ中回流的目的是为了减少物质的挥发,提高产率B.装置Ⅱ中a为进水口,b为出水口C.用装置Ⅲ萃取分液时,将分层的液体依次从下口放出D.经装置Ⅲ得到的粗产品干燥后,使用装置Ⅱ再次蒸馏,可得到更纯的产品
思路点拨步骤一:装置分析:装置Ⅰ——根据题意1-丁醇、溴化钠和70%的硫酸在装置Ⅰ中共热发生反应CH3(CH2)3OH+NaBr+H2SO4 CH3(CH2)3Br+NaHSO4+H2O,得到含CH3(CH2)3OH、CH3(CH2)3Br、NaHSO4、NaBr、H2SO4的混合物;装置Ⅱ——混合物在装置Ⅱ中蒸馏得到CH3(CH2)3OH和CH3(CH2)3Br的混合物;装置Ⅲ——在装置Ⅲ中用合适的萃取剂萃取分液得CH3(CH2)3Br粗产品。
步骤二:逐项分析:
答案 AD
4-2.(2019全国Ⅰ卷,9)实验室制备溴苯的反应装置如下图所示,关于实验操作或叙述错误的是( )
A.向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开KB.实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色C.装置c中碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢D.反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶,得到溴苯
思路点拨
答案 D
对点演练
A.长颈漏斗内的药品最好是盐酸B.蒸馏时,冷凝水应该a进b出C.为防止苯胺被氧化,加热前应先通一段时间H2D.为除去反应生成的水,蒸馏前需关闭K并向三颈烧瓶中加入浓硫酸
答案 C 解析 盐酸具有挥发性,会使产生的氢气中混有HCl气体,干扰反应,A错误;蒸馏时,冷凝水应该下口(b)进上口(a)出,B错误;装置内空气中有氧气,会氧化苯胺,加热前应先通一段时间H2排尽装置中的空气,C正确;浓硫酸具有强氧化性,会氧化苯胺,为除去反应生成的水,蒸馏前可向三颈烧瓶中加入生石灰,D错误。
4-2.(2021湖南长沙明德中学三模)正溴丁烷是稀有元素萃取的溶剂及有机合成的中间体,其制备装置如图(夹持装置略):
ⅳ.正溴丁烷密度:1.27 g·mL-1;浓硫酸密度:1.84 g·mL-1
请回答下列问题:(1)正溴丁烷粗产品的制备①仪器a的名称是 ,向圆底烧瓶中添加药品顺序正确的是 (填正确选项字母)。 A.浓硫酸→适量水→正丁醇→溴化钠粉末B.适量水→浓硫酸→正丁醇→溴化钠粉末C.适量水→正丁醇→浓硫酸→溴化钠粉末D.适量水→正丁醇→溴化钠粉末→浓硫酸②装置b中装入NaOH溶液,目的是 。 ③加热回流,在此期间要不断地摇动反应装置,其原因为 ;冷却后改为蒸馏装置,蒸出正溴丁烷的粗品。
(2)正溴丁烷的提纯①把正溴丁烷粗品倒入分液漏斗中,加入适量水洗涤,分出有机层;②在另一干燥的分液漏斗中,加入浓硫酸洗去有机层中少量的未反应的正丁醇及副产物,从 (选填“上口”或“下口”)分出有机层; ③有机层依次用适量的水、浓硫酸、水、饱和NaHCO3溶液、水洗涤,用无水CaCl2干燥。以上三次用水洗涤简化为一次用水洗涤是否合理,并说明理由 。 (3)①若洗涤后产物有红色,说明含有溴单质,应加入适量的饱和NaHSO3溶液洗涤,将溴单质全部除去,其反应的离子方程式为 。 ②若投入正丁醇14.8 g,得到产物15.6 g。则正丁醇的转化率为 %(保留一位小数)。
答案 (1)①球形冷凝管 B②吸收尾气,防止污染空气③使反应物充分接触,充分反应,提高正溴丁烷的产率(2)②上口 ③不合理,第一次水洗除去HBr和正丁醇,第二次除去大部分的H2SO4,第三次除去NaHCO3,三次水洗可减少试剂的用量
解析 (1)①由实验装置图可知,仪器a为球形冷凝管;向圆底烧瓶中添加药品时,水应在浓硫酸之前加入,正丁醇应在浓硫酸之后加入,因为若正丁醇在浓硫酸之前加入,与浓硫酸作用后放热,使正丁醇大量挥发造成损失,溴化钠若先加入,则会与浓硫酸反应放出气体,不仅浪费原料,还会污染空气,由此得出向圆底烧瓶中添加药品的正确顺序是适量水→浓硫酸→正丁醇→溴化钠粉末。②装置b中装入的氢氧化钠溶液用于吸收未反应的溴化氢和副反应生成的溴蒸气,防止污染空气。③加热回流时,不断地摇动反应装置可以使反应物充分接触,有利于反应物充分反应,提高正溴丁烷的产率。
(2)②在另一干燥的分液漏斗中,加入浓硫酸洗去有机层中少量的未反应的正丁醇及副产物,因为有机层密度比浓硫酸小,所以在液体的上层,应从上口分出有机层。③有机层依次用适量的水洗涤,可洗去溴化氢和正丁醇;用浓硫酸洗涤,可洗去未被水洗掉的正丁醇;再用水洗,可洗去浓硫酸;用饱和碳酸氢钠溶液洗去大部分剩余硫酸;再用水洗涤,洗去余下的少量硫酸,用无水氯化钙进行干燥,以上三次用水洗涤简化为一次用水洗涤不合理,因为需加大试剂用量。
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)吸收NH3可用如图装置,或将有机溶剂CCl4换成苯。( )
(2)除去SO2中混有的HCl气体,可将气体通过装有饱和Na2SO3溶液的洗气瓶,再干燥。( )
提示 ×。NH3极易溶于水,如题图所示装置可以防倒吸,苯的密度小于水,不能有效防倒吸。
提示 ×。除杂试剂应选用饱和NaHSO3溶液。
(3)溴乙烷与NaOH乙醇溶液加热可制备乙烯,生成的气体直接通入酸性KMnO4溶液,紫色褪去即可证明乙烯生成。( )(4)向蔗糖水解液中加入银氨溶液,即可证明水解产物的生成。( )
提示 ×。生成的乙烯中混有挥发出来的乙醇,乙醇也可使酸性KMnO4溶液紫色褪去。
提示 ×。蔗糖水解液呈酸性,应先加入碱将溶液调至碱性,再用银氨溶液检验还原糖。
(5)实验室中可利用二氧化锰或高锰酸钾与浓盐酸反应制取氯气,两种制备方法中氯气的发生装置完全相同。( )
提示 ×。二氧化锰与浓盐酸反应需要加热,高锰酸钾与浓盐酸反应不需要加热,二者制备氯气的装置不完全相同。
易错警示探究物质性质的注意事项(1)有水蒸气生成的,先检测水蒸气,再检测其他成分。(2)对于需要进行转化才能检测的成分,如CO的检测,要注意先检测CO中是否含有CO2,如果有CO2,应先除去CO2,接着对CO进行转化,最后再检测转化产物CO2。(3)若试题只给出部分药品和装置,则应根据需要进行必要的补充;若有剩余,则应进行筛选。(4)如果题目要求采用最合理的实验步骤,那么题目一般对反应原理、药品选择和装置选择、操作步骤确定都做了限定,必须高度重视。
考点四 定量测定型实验
要点归纳•再提升
1.掌握定量测定型实验数据的4种测定方法(1)沉淀法先将某种成分转化为沉淀,然后称量纯净、干燥沉淀的质量,再进行相关计算。
沉淀干燥的标准是两次测定的质量差小于0.1 g
(2)测气体体积法对于产生气体的反应,可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。常见测量气体体积的实验装置:
微点拨量气时应保持装置处于室温状态。读数时要特别注意消除“压强差”,保持液面相平还要注意视线与液面最低处相平。如上图(Ⅰ)(Ⅳ)应使左侧和右侧的液面高度保持相平。
(3)测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中,通过称量实验前后吸收剂的质量,求得所吸收气体的质量,然后进行相关计算。
另一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量
(4)滴定法即利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
微点拨滴定实验中测量溶液的体积要平行做2~3次滴定,取体积的平均值求算未知溶液的浓度,但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃。
2.定量测定实验中要具备的3种意识
(1)要有消除干扰气体的意识:如用“惰性气体”将干扰气体排出或用溶液吸收干扰气体等。(2)要有被测量气体全部被测量的意识:如可以采用反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量的气体全部被吸收剂吸收的方法。(3)要有“数据”的采集处理意识:实验数据的采集是化学计算的基础,一般的固体试剂称取质量,而液体试剂和气体试剂测量体积。
既要防止装置内的气体干扰,还要防止外界空气进入装置产生干扰
3.“热重分析法”确定物质组成热重分析是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术,用来研究材料的热稳定性和组分。晶体加热时失重一般是先失水、再失非金属氧化物,晶体中金属质量不减少,仍在残余固体中,失重最后一般为金属氧化物,由质量守恒得m(O),由n(金属原子)∶n(O)即可求出失重后所得物质的化学式。
4.实验题中涉及的计算实验题中涉及的计算主要有样品的质量分数或纯度的计算,物质的转化率或产率、物质的量浓度、物质的质量的计算。(1)计算公式。
(2)计算方法——关系式法。关系式法常应用于一步反应或分多步进行的连续反应中,利用该法可以省去不必要的中间运算过程,避免计算错误,并能迅速准确地获得结果。一步反应中可以直接找出反应物与目标产物的关系;在多步反应中,若第一步反应的产物是下一步反应的反应物,可以根据化学方程式将某中间物质作为“中介”,找出已知物质和所求物质之间的量的关系。
如水中溶氧量(DO)的测定:①碱性条件下,O2将Mn2+氧化为MnO(OH)2,2Mn2++O2+4OH-==2MnO(OH)2↓;②酸性条件下,MnO(OH)2将I-氧化为I2,MnO(OH)2+2I-+4H+==Mn2++I2+3H2O;
可得关系式:O2~2Mn2+~2MnO(OH)2~2I2~4Na2S2O3。
经典对练•得高分
考向1 以测定化学式(组成元素)为实验目的的定量测定实验真题示例1.(2019全国Ⅰ卷,27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下:
回答下列问题:(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是 。 (2)步骤②需要加热的目的是 ,温度保持89~95 ℃,采用的合适加热方式是 。铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为 (填标号)。
(3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是 。分批加入H2O2,同时为了 ,溶液要保持pH小于0.5。 (4)步骤⑤的具体实验操作有 ,经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。 (5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水,失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为 。
答案 (1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+;不引入杂质 抑制Fe3+水解(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析 (1)铁屑表面的油污主要是油脂类的物质,所以可以加入热碱液使其水解除去。(2)步骤②需要加热的目的是加快反应速率,加速铁与稀硫酸的反应;温度保持80~95 ℃,在100 ℃以下,所以主要采取的是热水浴的方式进行加热;因硫化物主要产生的是二氧化硫,二氧化硫易溶于水且与碱发生反应,所以应用防止倒吸的装置。
(3)步骤②中得到的滤液的主要成分是硫酸亚铁,而步骤③之后溶液的主要成分是硫酸铁,所以加入足量的H2O2的目的是将溶液中的Fe2+转换成Fe3+;当pH过大时,Fe3+会产生沉淀,所以溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤⑤主要是将溶液中的固体进行结晶,所以具体实验操作是加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤),经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。(5)设硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O,其相对分子质量为266+18x,1.5个水分子的相对分子质量为1.5×18=27,则 ×100%=5.6%,解得x=12,所以硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O。
对点演练1.(2020河南安阳第一次调研)由两种或两种以上金属离子(或铵根离子)和一种酸根离子构成的盐称为复盐。为确定某复盐结晶水合物Q(含有两种金属阳离子)的组成,甲、乙两位同学分别进行了如下实验:
请回答下列问题:(1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同,均为 、洗涤,仅由甲的实验 (填“能”或“不能”)确定操作Ⅰ中所得固体的成分,说明理由: 。 (2)甲实验中通入过量二氧化碳发生反应生成沉淀的离子方程式为 。 (3)0.8 g红棕色粉末的物质的量为 。 (4)乙实验中,若100 mL硝酸钡溶液恰好完全反应,则硝酸钡溶液的物质的量浓度为 。 (5)Q的化学式为 。
答案 (1)过滤 不能 Fe(OH)2、Fe(OH)3在空气中灼烧时均能生成Fe2O3(2)CO2+Al +2H2O==Al(OH)3↓+HC(3)0.005 mol (4)0.4 mol·L-1(5)Al2Fe(SO4)4·12H2O
解析 (1)根据题意分析可知红棕色粉末应为Fe2O3,则说明结晶水合物Q中含有铁元素。在盐溶液中加入过量NaOH溶液后进行过滤,向溶液通入过量CO2能产生沉淀,可知结晶水合物中还应含有铝元素。操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同,根据实验过程可知都为过滤、洗涤;仅由甲的实验不能确定操作Ⅰ中所得固体的成分,因为Fe(OH)2、Fe(OH)3在空气中灼烧时均能生成Fe2O3。(2)甲实验中通入过量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠,发生反应的
考向2 以测定物质含量(纯度)为实验目的的定量测定实验真题示例2.(2018全国Ⅲ卷,26)硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O,M=248 g·mol-1)可用作定影剂、还原剂。回答下列问题:(1)已知:Ksp(BaSO4)=1.1×10-10,Ksp(BaS2O3)=4.1×10-5。市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质,选用下列试剂设计实验方案进行检验:试剂:稀盐酸、稀硫酸、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液
(2)利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠的纯度。测定步骤如下:①溶液配制:称取1.200 0 g某硫代硫酸钠晶体样品,用新煮沸并冷却的蒸馏水在 中溶解,完全溶解后,全部转移至100 mL的 中,加蒸馏水至 。
答案 (1)③加入过量稀盐酸 ④出现乳黄色浑浊 ⑤(吸)取上层清液,滴入BaCl2溶液 ⑥产生白色沉淀(2)①烧杯 容量瓶 刻度 ②蓝色褪去 95.0
解析 (1)该实验的目的是检验市售硫代硫酸钠中是否含有硫酸钠,所以在加酸时不能加稀硫酸,应加入稀盐酸与硫代硫酸钠反应:Na2S2O3+2HCl==S↓+SO2↑+2NaCl+H2O;该反应的实验现象除有无色刺激性气味的气体逸出外,还有淡黄色沉淀生成;静置后,应取上层清液加入BaCl2溶液来检验S 的存在。
(2)①在配制溶液时,应先将固体放在烧杯中溶解,然后再转移到100 mL容量瓶中,接着加入蒸馏水,待凹液面最低处与刻度线相切时,即定容。②滴定时,依据淀粉遇碘单质变蓝色,所以滴定终点时溶液蓝色褪去。结合题中所给信息可得反应之间的关系为 K2Cr2O7 ~ 3I2 ~ 6Na2S2O3·5H2O 1 mol 6 mol 0.009 50 mol·L-1×20.00 mL c×24.80 mL
技法点拨
对点演练2.(2020天津卷,15)为测定CuSO4溶液的浓度,甲、乙两同学设计了两个方案。回答下列问题:Ⅰ.甲方案实验原理:CuSO4+BaCl2==BaSO4↓+CuCl2实验步骤:足量BaCl2溶液
(1)判断S 沉淀完全的操作为 。 (2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为 。 (3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为 。 (4)固体质量为w g,则c(CuSO4)= mol·L-1。 (5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯,则测得c(CuSO4) (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
Ⅱ.乙方案实验原理:Zn+CuSO4==ZnSO4+CuZn+H2SO4==ZnSO4+H2↑实验步骤:①按下图安装装置(夹持仪器略去)②……③在仪器A、B、C、D、E中加入图示的试剂④调整D、E中两液面相平,使D中液面保持在0或略低于0刻度位置,读数并记录
⑤将CuSO4溶液滴入A中并搅拌,反应完成后,再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生⑥待体系恢复到室温,移动E管,保持D、E中两液面相平,读数并记录⑦处理数据
(6)步骤②为 。 (7)步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是 (填字母)。
a.反应热受温度影响b.气体密度受温度影响c.反应速率受温度影响
(8)Zn粉质量为a g,若测得H2体积为b mL,已知实验条件下ρ(H2)=d g·L-1,则c(CuSO4)= mol·L-1(列出计算表达式)。 (9)若步骤⑥E管液面高于D管,未调液面即读数,则测得c(CuSO4) (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 (10)是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度: (填“是”或“否”)。
Ⅱ.(6)加入药品之前需检查装置的气密性;步骤②为检查装置气密性;(7)气体的体积受温度和压强的影响较大,气体的质量不随温度和压强的变化而改变,所以密度也受温度和压强的影响,步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是气体密度受温度影响;反应热不受温度的影响,只与反应物和生成物自身的能量有关,不随温度、压强而改变;反应速率受温度影响,温度越高,反应速率越快,步骤⑥需保证体系恢复到室温与反应速率无关;(8)Zn粉质量为a g,若测得H2体积为b mL,已知实验条件下ρ(H2)=d g×L-1,氢气的质量
数,得到氢气的体积偏小,与硫酸反应的锌的质量偏小,与硫酸铜反应的锌的质量偏大,则测得c(CuSO4)偏高;(10)不能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度,硫酸镁不和锌发生置换反应。
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)证明H2A是二元酸,可用中和滴定的方法,消耗的NaOH溶液体积是H2A的2倍。( )(2)1 L 0.5 mol·L-1硫酸溶液与足量锌粉反应,加入少量铜粉可以加快反应速率,但不影响H2的产生量。( )
提示 ×。消耗等浓度NaOH溶液体积是酸的2倍。
提示 √。加入铜粉构成原电池,反应速率加快,锌粉过量时H2产生量由硫酸决定,不受影响。
(3)用加热失水称重的方法测量胆矾晶体CuSO4·xH2O中结晶水的个数,需要用到坩埚,若已知坩埚质量,实验过程中需至少称重2次。( )(4)实验产生的SO2可用排水法测量体积。( )
提示 ×。灼烧固体需要使用坩埚,样品的质量需要称量,灼烧至恒重至少需称量2次,实验过程中至少需称量3次。
提示 ×。SO2易溶于水,可用排饱和NaHSO3溶液的方法测量体积。
(5)欲测量BaCO3和BaSO4混合固体中BaCO3的质量分数,称量样品质量为m1,加足量盐酸溶解后过滤、洗涤、干燥,所得固体质量为m2,则BaCO3的
提示 √。加酸后BaCO3溶解,滤渣为BaSO4,则BaCO3的质量为(m1-m2),除以总质量m1即为BaCO3的质量分数。
易错警示数据的处理一般注意五个方面①是否符合测量仪器的精度。②数据是否在误差允许范围内。③数据的测试环境。④数据的测量过程是否规范、合理。⑤少量物质是否完全反应;过量物质对数据是否有影响。
专项模块 素养培优
(十一) 综合实验探究解题策略
热点专攻
综合实验探究题是近几年高考实验大题的热点题型。命题类型有物质性质实验探究,物质制备实验探究,定量测定实验探究,或者是上述三种类型的部分综合。主要以化学实验基础知识、元素及其化合物性质为载体,考查实验仪器的使用、基本实验操作、物质的分离提纯和检验方法、实验方案的设计与评价、实验条件的控制、实验数据的分析处理等。
题型特点如下:
解题思路为:明确实验目的→找出实验原理→分析装置作用→得出正确答案
(一)读题干 抓信息1.审题、破题秘诀
2.方法、考场支招
(二)审要点 抓关键1.综合实验中的常考点
2.高考实验“十大目的”及答题方向
(三)规范答 思拓展实验规范操作及目的分析①操作目的分析
②基本操作及答题规范
(2020全国Ⅱ卷,27)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸,其反应原理如下:
题型突破
实验步骤:(1)在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(约0.03 mol)高锰酸钾,慢慢开启搅拌器,并加热回流至回流液不再出现油珠。(2)停止加热,继续搅拌,冷却片刻后,从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液,并将反应混合物趁热过滤,用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液,于冰水浴中冷却,然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤,用少量冷水洗涤,放在沸水浴上干燥。称量,粗产品的质量为1.0 g。
(3)纯度测定:称取0.122 g粗产品,配成乙醇溶液,于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液,用0.010 00 mol·L-1 KOH标准溶液滴定,三次滴定平均消耗21.50 mL KOH标准溶液。回答下列问题:(1)根据上述实验药品的用量,三颈烧瓶的最适宜规格为 (填字母)。 A.100 mL B.250 mLC.500 mL D.1 000 mL(2)在反应装置中应选用 (填“直形”或“球形”)冷凝管,当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成,其判断理由是 。
(3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是 ;该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理,请用反应的离子方程式表达其原理: 。 (4)“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是 。 (5)干燥苯甲酸晶体时,若温度过高,可能出现的结果是 。 (6)本实验制备的苯甲酸的纯度为 ;据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于 (填字母)。 A.70% B.60% C.50% D.40%
(7)若要得到纯度更高的苯甲酸,可通过在水中 的方法提纯。
思路点拨(1)仪器的选择
(2)仪器的选择及实验现象分析
根据物质性质分析判断:甲苯沸点低,且不溶于水,因此当回流液没有油珠时,说明不溶于水的甲苯已经完全被氧化。
(3)分析试剂的作用
陌生氧化还原反应的化学方程式的书写:
(4)判断物质的组成——元素转化思想
(5)根据题给信息分析判断
(6)定量计算——利用关系式的计算①苯甲酸的纯度的计算
②苯甲酸产率的计算
(7)物质提纯的方法苯甲酸中含有被氧化生成的硫酸钠和硫酸锰等盐类物质,可利用苯甲酸微溶于冷水、易溶于热水的性质,通过重结晶的方法提纯。
答案 (1)B(2)球形 无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化(3)除去过量的高锰酸钾避免在用盐酸酸化时产生氯气2Mn +5H2C2O4+6H+==2Mn2++10CO2↑+8H2O(4)MnO2 (5)苯甲酸升华而损失(6)86.0% C(7)重结晶
点睛本题考查的必备知识侧重于三个方面:一是化学语言与概念;二是物质转化与应用;三是实验原理与方法。在以下四个方面易失分:一是不能根据操作前后所加试剂的反应关系,判断加入饱和亚硫酸氢钠溶液的作用;二是因不知道草酸的分子式而无法完成离子方程式;三是中和滴定计算时,易忽视每次取出的是25.00 mL溶液;四是易混淆纯度和产率的关系而导致计算错误。
应考训练1.(2020浙江卷,30)硫代硫酸钠在纺织业等领域有广泛应用。某兴趣小组用下图装置制备Na2S2O3·5H2O。
合成反应:SO2+Na2CO3==Na2SO3+CO2 2Na2S+3SO2==2Na2SO3+3S Na2SO3+S Na2S2O3滴定反应:I2+2Na2S2O3==2NaI+Na2S4O6。已知:Na2S2O3·5H2O易溶于水,难溶于乙醇,50 ℃开始失结晶水。
实验步骤:Ⅰ Na2S2O3制备:装置A制备的SO2经过单向阀通入装置C中的混合溶液,加热、搅拌,至溶液pH约为7时,停止通入SO2气体,得产品混合溶液。Ⅱ 产品分离提纯:产品混合溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得到Na2S2O3·5H2O产品。Ⅲ 产品纯度测定:以淀粉作指示剂,用Na2S2O3·5H2O产品配制的溶液滴定碘标准溶液至滴定终点,计算Na2S2O3·5H2O含量。
请回答:(1)步骤Ⅰ 单向阀的作用是 ;装置C中的反应混合溶液pH过高或过低将导致产率降低,原因是 。 (2)步骤Ⅱ 下列说法正确的是 (填字母)。 A.快速蒸发溶液中水分,可得较大晶体颗粒B.蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜时,停止加热C.冷却结晶后的固液混合物中加入乙醇可提高产率D.可选用冷的Na2CO3溶液作洗涤剂
(3)步骤Ⅲ ①滴定前,有关滴定管的正确操作为(选出正确操作并按序排列):检漏→蒸馏水洗涤→( )→( )→( )→( )→( )→开始滴定。A.烘干 B.装入滴定液至零刻度以上 C.调整滴定液液面至零刻度或零刻度以下 D.用洗耳球吹出润洗液 E.排除气泡 F.用滴定液润洗2至3次G.记录起始读数②装标准碘溶液的碘量瓶(带瓶塞的锥形瓶)在滴定前应盖上瓶塞,目的是 。 ③滴定法测得产品中Na2S2O3·5H2O的含量为100.5%,则Na2S2O3·5H2O产品中可能混有的物质是 。
答案 (1)防止倒吸 pH过高,Na2CO3、Na2S反应不充分;pH过低,导致Na2S2O3转化为S和SO2(2)BC(3)①F B E C G ②防止碘挥发损失 ③Na2SO3或Na2S2O3·5H2O失去了部分结晶水的产物
解析 (1)由题目信息,SO2易与Na2CO3、Na2S溶液反应,从而可能会引起装置C中溶液倒吸入装置A中,结合图中单向阀的结构可作出回答。装置C中反应混合溶液pH过高时,合成反应中CO2不易逸出,S与OH-反应而消耗,Na2CO3与Na2S反应不充分;pH过低时,Na2S2O3不能稳定存在:S2 +2H+==S↓+SO2↑+H2O。(2)A项,制备Na2S2O3·5H2O时,快速蒸发水分,会导致失去部分结晶水,错误;B项,蒸发浓缩出现晶膜时,停止加热,利用余热即可得到晶体,正确;C项,因Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇,加入乙醇会促进晶体析出,提高产率,正确;D项,用Na2CO3溶液洗涤会使晶体表面附着Na2CO3杂质,Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇,可以用乙醇作洗涤剂,错误。
(3)①滴定前应检查滴定管是否漏液,之后用蒸馏水洗涤滴定管,为防止稀释滴定液,使测定结果不准确,需用滴定液润洗2~3次;之后装入滴定液至零刻度以上,排除装置中的气泡,然后调整滴定液的液面至零刻度或零刻度以下,并记录起始读数;开始滴定。所以正确的操作和顺序为检漏→蒸馏水洗涤→F→B→E→C→G→开始滴定。②因单质碘易挥发而损耗,故碘量瓶在滴定前要盖上瓶塞。③由滴定原理:I2+2Na2S2O3==2NaI+Na2S4O6可知,
Na2S2O3·5H2O产品中混有Na2SO3或晶体失去部分结晶水时,会导致产品中Na2S2O3·5H2O含量偏高。
2.(2021湖南永州三模)检测某明矾样品(含砷酸盐)中砷的含量是否超标,实验过程如下:(实验1)配制砷标准溶液:①取0.132 g As2O3,用NaOH溶液完全溶解后,配制成1 L Na3AsO3溶液(1 mL此溶液相当于0.10 mg砷)。②取一定量上述溶液,配制1 L含砷量为1 mg·L-1的砷标准溶液。(1)步骤①中,必须使用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管外,还需 。步骤②需取用步骤①中Na3AsO3溶液 mL。 (实验2)制备砷标准对照液(实验装置如图,夹持装置已略去):
①往B瓶中加入2.00 mL砷标准溶液,再依次加入一定量的盐酸、KI溶液和SnCl2溶液,室温下放置10 min,使砷元素全部转化为H3AsO3。②往B瓶中加入足量锌粒(含有ZnS杂质),立即塞上装有乙酸铅棉花的导气管C,并使C管右侧末端插入比色管D中银盐吸收液的液面下,控制反应温度25~40 ℃。45 min后,生成的砷化氢气体被完全吸收,Ag+被还原为红色胶态银。③取出C管,在D中添加氯仿至刻度线,混匀,得到砷标准对照液。
(2)乙酸铅棉花的作用是 。 (3)写出生成砷化氢反应的离子方程式: 。 (4)控制B瓶中反应温度的方法是 ;反应中通入N2的作用是 。(5)C管右侧末端导管口径不能过大(一般为1 mm),原因是 。 (实验3)判断样品中砷含量是否超标:称取a g明矾样品替代实验2①中“2.00 mL砷标准溶液”,重复实验2的后续操作。对比实验2、3比色管D中液体的颜色,若实验3中液体颜色浅,说明该样品含砷量未超标,反之则超标。
(6)国标上规定砷含量不能超过百万分之二(质量分数)。实验测得明矾样品中砷的含量恰好达百万分之二,则a的值为 。
答案 (1)1 000 mL容量瓶 10.0(2)除去H2S气体,以免干扰D中反应(3)3Zn+H3AsO3+6H+==AsH3↑+3Zn2++3H2O(4)水浴加热 将AsH3气体完全带入D管、防止AsH3被氧化(5)增大反应物接触面积,使AsH3气体被充分吸收,确保形成胶态银 (6)1.0
解析 取0.132 g As2O3,用NaOH溶液完全溶解后,配制成1 L Na3AsO3溶液(此溶液1 mL相当于0.10 mg砷),取10.0 mL上述溶液,配制1 L含砷量为1 mg·L-1的砷标准溶液;往B瓶中加入2.00 mL砷标准溶液,再依次加入一定量的盐酸、KI溶液和SnCl2溶液,室温下放置10 min,使砷元素全部转化为H3AsO3,加入足量锌粒,Zn和H3AsO3在酸性条件下反应生成AsH3、Zn2+和H2O,离子方程式为3Zn+H3AsO3+6H+==AsH3↑+3Zn2++3H2O,锌粒中含有ZnS杂质,ZnS和酸反应生成H2S,则乙酸铅棉花的作用是除去H2S气体;在比色管D中,AsH3和Ag+反应生成红色胶态Ag,取出C管,在D中添加氯仿至刻度线,混匀,得到砷标准对照液;称取a g明矾样品替代实验2①中“2.00 mL砷标准溶液”,根据得到的红色胶态Ag颜色的深浅,可判断样品中砷含量是否超标。
(1)步骤①中,必须使用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管外,还有1 000 mL容量瓶;1 mL溶液相当于0.10 mg砷,配制1 L含砷量为1 mg·L-1的砷标准溶液,步骤②需取用步骤①中Na3AsO3溶液10.0 mL。(2)锌粒中含有ZnS杂质,ZnS和酸反应生成H2S,乙酸铅棉花的作用是除去H2S气体。(3)Zn和H3AsO3在酸性条件下反应生成AsH3、Zn2+和H2O,反应的离子方程式为3Zn+H3AsO3+6H+==AsH3↑+3Zn2++3H2O。(4)控制B中反应温度为25~40 ℃,可采用水浴加热;反应中,通入N2可以将AsH3气体完全带入D管,并且AsH3易被氧化,通入N2可排净装置内空气,防止AsH3被氧化。
(5)C管右侧末端导管口径不能过大(一般为1 mm),原因是增大反应物接触面积,使AsH3气体被充分吸收,确保形成胶态银。(6)根据题意可得,a g×2×10-6=2×10-3 L×1×10-3 g·L-1,解得a=1.0。
3.(2021湖南永州二模)实验室利用SO2合成硫酰氯(SO2Cl2),并对H2SO3和HClO的酸性强弱进行探究。Ⅰ.已知SO2Cl2的熔点为-54.1 ℃,沸点为69.1 ℃,在空气中遇水蒸气发生剧烈反应,并产生大量白雾,100 ℃以上分解生成SO2和Cl2。实验室合成SO2Cl2的原理:SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(l) ΔH<0,实验装置如图所示(夹持仪器已省略),请回答下列问题:
(1)装置A中的试剂是 。 (2)活性炭可能是 。 (3)在冰水浴中制备SO2Cl2的原因是 。 (4)为了测定SO2Cl2产品的纯度(杂质不参与反应),称取a g SO2Cl2产品置于锥形瓶中,加入足量蒸馏水,充分反应。用c mol·L-1 AgNO3溶液滴定反应后的溶液,滴几滴K2CrO4溶液做指示剂,当生成Ag2CrO4砖红色沉淀时,认为溶液中Cl-沉淀完全,此时消耗AgNO3溶液的体积为V mL。①用棕色滴定管盛装AgNO3溶液,其原因是 。 ②该SO2Cl2产品的纯度为 。
Ⅱ.(5)选用下面的装置探究酸性:H2SO3>HClO,其连接顺序为A→ 。能证明H2SO3的酸性强于HClO的实验现象为 。
答案 (1)P2O5(或无水CaCl2、硅胶等) (2)催化剂(3)反应放热,且SO2Cl2沸点低,冰水浴有利于生成和收集SO2Cl2(4)①AgNO3见光易分解
(5)C→B→E→D→F 装置D中品红不褪色,装置F中产生白色沉淀
解析 根据题意可知,SO2Cl2遇水发生剧烈的水解反应,故二氧化硫与氯气应在干燥的环境中反应生成SO2Cl2,活性炭可能起催化剂的作用,A中干燥剂干燥二氧化硫,SO2Cl2沸点低、易挥发,反应在冰水浴中进行。探究次氯酸和亚硫酸酸性强弱时,次氯酸具有强氧化性、二氧化硫具有还原性,不能利用二氧化硫与次氯酸钙直接反应判断亚硫酸与次氯酸的酸性强弱,先验证亚硫酸酸性比碳酸强,再结合碳酸酸性比HClO强进行判断。(1)装置A中的试剂用于干燥二氧化硫,故选用酸性或中性的固体干燥剂,则A中试剂是P2O5(或无水CaCl2、硅胶等)。(2)从影响反应的条件推出,活性炭可能是催化剂。
(3)已知:SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(l) ΔH<0,SO2Cl2的熔点为-54.1 ℃,沸点为69.1 ℃,100 ℃以上分解生成SO2和Cl2,故应在冰水浴中制备SO2Cl2,冰水浴有利于生成和收集SO2Cl2。(4)①用棕色滴定管盛装AgNO3溶液,其原因是AgNO3见光易分解。②按质量守恒定律知:SO2Cl2 ~ 2Cl- ~ 2AgNO3 135 g 2 mol a g·φ(SO2Cl2) c mol·L-1·V mL·10-3 L·mL-1
(5)结合上述分析可知,A装置用于制备二氧化硫,由于盐酸易挥发,制备的二氧化硫中会混有HCl,用饱和的亚硫酸氢钠溶液除去HCl,再通过碳酸氢钠溶液,可生成二氧化碳,用酸性高锰酸钾溶液氧化除去二氧化碳中的二氧化硫,用品红溶液检验二氧化碳中的二氧化硫是否除尽,再通入漂白粉溶液中,则装置连接顺序为A→C→B→E→D→F。能证明H2SO3的酸性强于HClO的实验现象为装置D中品红溶液不褪色,装置F中产生白色沉淀。
4.(2021湖南常德3月一模)实验室制备合成农药、医药的重要中间体三氯乙醛(CCl3CHO)的装置示意图如图(加热装置略去):
已知:①制备原理:C2H5OH+4Cl2→CCl3CHO+5HCl。②CCl3CHO易被HClO氧化生成CCl3COOH。
(1)仪器D的名称是 ,A中发生反应的化学方程式为 。 (2)下列各装置能代替图中E的是 (填标号)。
(3)制备装置中存在一处缺陷,该缺陷是 。
①指示剂为 。 ②产品的纯度为(写表达式) 。
答案 (1)球形冷凝管 MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O(2)bc (3)缺少干燥Cl2的装置,导致副产物CCl3COOH增多(或BC之间、DE之间均增加干燥装置)
解析 浓盐酸与二氧化锰发生反应生成氯气,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O;氯气与乙醇发生反应生成三氯乙醛(CCl3CHO),制备原理为C2H5OH+4Cl2→CCl3CHO+5HCl。(1)仪器D是球形冷凝管;A中发生反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O。
(2)HCl极易溶于水,为防止发生倒吸,可使用b和c吸收尾气同时防止倒吸;a装置将导管直接插入液面以下,会发生倒吸;d装置是一个封闭装置,没有和外界大气相通,存在安全隐患,不能选用。
(3)该装置B和C、D和E之间均缺少干燥氯气的装置,若氯气中含有水分,氯气与水发生反应生成的次氯酸会氧化CCl3CHO,导致副产物增多。(4)①淀粉溶液遇碘单质会变蓝。②第一次滴定消耗硫代硫酸钠溶液的体积为19.98 mL,第二次滴定消耗硫代硫酸钠溶液的体积为21.52 mL-0.12 mL=20.4 mL,第三次滴定消耗硫代硫酸钠溶液的体积为20.22 mL-0.2 mL=20.02 mL,第二次的数值偏差较大,应舍去;则消耗硫代硫酸钠溶液的体积为20 mL,其物质的量为b mol·L-1×0.02 L=0.02b mol,根据
5.丙炔酸甲酯(CH≡C—COOCH3)是一种重要的有机化工原料,沸点为103~105 ℃。实验室制备少量丙炔酸甲酯的反应为CH≡C—COOH+CH3OH
CH≡C—COOCH3+H2O
实验步骤如下:步骤1:在反应瓶中,加入14 g丙炔酸、50 mL甲醇和2 mL 浓硫酸,搅拌,加热回流一段时间。
步骤2:蒸出过量的甲醇(装置如图)。
步骤3:反应液冷却后,依次用饱和NaCl溶液、5% Na2CO3溶液、水洗涤。分离出有机相。
步骤4:有机相经无水Na2SO4干燥、过滤、蒸馏,得丙炔酸甲酯。(1)步骤1中,加入过量甲醇的目的是 。 (2)步骤2中,如图所示的装置中仪器A的名称是 ;蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的目的是 。 (3)步骤3中,用5%Na2CO3溶液洗涤,主要除去的物质是 ;分离出有机相的操作名称为 。 (4)步骤4中,蒸馏时不能用水浴加热的原因是 。
答案 (1)作为溶剂、提高丙炔酸的转化率(2)(直形)冷凝管 防止暴沸 (3)丙炔酸 分液(4)丙炔酸甲酯的沸点比水的高
解析 (1)步骤1中,加入过量甲醇可以增大与之反应的丙炔酸的转化率,并作为溶剂使反应物充分接触,加快反应速率。(2)据题给装置示意图可知仪器A为(直形)冷凝管;为了防止暴沸,通常在发生酯化反应的蒸馏烧瓶中加入碎瓷片。(3)类比乙酸乙酯制备实验中饱和Na2CO3溶液的作用,可知步骤3中5% Na2CO3溶液的作用是除去丙炔酸;丙炔酸甲酯与Na2CO3溶液互不相溶,可用分液法分离出丙炔酸甲酯。(4)由于丙炔酸甲酯的沸点大于100 ℃,故步骤4中蒸馏时不能用水浴加热。
第一编
2022
内容索引
考点一 常见仪器及基本操作
考点二 物质的分离、提纯及检验
考点三 探究型综合实验
考点四 定量测定型实验
专项模块 素养培优
五年高考 命题研究
考点一 常见仪器及基本操作
要点归纳•再提升
1.实验操作的“第一步”(1)检查装置的气密性——制取气体、验证气体的性质等与气体有关的实验操作。(2)检查是否漏水——滴定管、容量瓶、分液漏斗等的使用。(3)调“0”点——天平等的使用。(4)验纯——点燃可燃性气体。
(5)润湿——用红色石蕊试纸、蓝色石蕊试纸、碘化钾淀粉试纸检验或验证某些气体时。
检验碱性气体(NH3)等 检验酸性气体
检验氧化性气体
2.熟记七大基本操作(1)测定溶液pH的操作。
不能润湿,不能用pH试纸直接蘸取待测液
将一小块pH试纸放在洁净的表面皿上,用清洁干燥的玻璃棒蘸取少量待测液点到pH试纸中央,待试纸变色稳定后再与标准比色卡对照,读出对应的pH。
(2)沉淀剂是否过量的判断方法。①静置,向上层清液中继续滴加少量沉淀剂,若无沉淀产生,则证明沉淀剂已过量,否则沉淀剂不过量。
说明沉淀完全
②静置,取上层清液适量置于另一洁净试管中,向其中加入少量与沉淀剂作用产生沉淀的试剂,若产生沉淀,证明沉淀剂已过量,否则沉淀剂不过量。
(3)洗涤沉淀的操作。将蒸馏水沿着玻璃棒注入过滤器中至浸没沉淀,静置,使蒸馏水自然流出,重复2~3次即可。
微点拨洗涤沉淀的操作的答题表述中,易出现“取沉淀于过滤器中”的错误表述,应是在原过滤器中进行操作。
(4)判断沉淀是否洗净的操作。取最后一次洗涤液,滴加……(试剂),若没有……(现象),证明沉淀已经洗净。
检验的离子为生成沉淀后溶液中的离子
(5)检查装置的气密性。①简易装置:将导气管一端放入水中(液封气体),用手焐热试管,观察现象。若导管口有气泡冒出,冷却到室温后,导管内有一段稳定的水柱,表明装置气密性良好。
②有长颈漏斗的装置如图:用止水夹关闭烧瓶右侧的导气管,向长颈漏斗中加入适量水,长颈漏斗中会形成一段液柱,停止加水,过一段时间后,若漏斗中的液柱无变化,则装置气密性良好。
首先将容器中的气体密封起来
(6)分液操作。将分液漏斗静置分层,在漏斗下面放一个小烧杯,先打开上口塞子再打开分液漏斗活塞,使下层液体从下口沿烧杯壁流下,流完后关闭活塞,上层液体从上口倒出。
使上下压强相等,保证液体顺利流下
(7)溶液中结晶的实验操作。①溶解度受温度影响较小的:蒸发→结晶→过滤。②溶解度受温度影响较大或带结晶水的:蒸发浓缩→冷却结晶→过滤。
3.常见仪器的“一材多用”应变换思维角度,注意常用仪器的非常规使用及“一材多用”。例如:干燥管除用于干燥气体外,还可以用于组装防倒吸装置(如图①)、组装类似启普发生器装置(如图②);集气瓶除用于收集气体外,还可用于贮存气体(如图③)、测量气体体积(如图④)、作洗气瓶(如图⑤)等用途,图⑥既可以收集密度比空气大的气体(“长进短出”),也可以收集密度比空气小的气体(“短进长出”),还可以作为安全瓶(“短进长出”)等。
经典对练•得高分
考向1 化学实验常识、常见仪器的使用与基本操作真题示例1-1.(2020山东卷,1)实验室中下列做法错误的是( )A.用冷水贮存白磷B.用浓硫酸干燥二氧化硫C.用酒精灯直接加热蒸发皿D.用二氧化碳灭火器扑灭金属钾的燃烧
思路点拨
答案 D
1-2.(2021广东卷,7)测定浓硫酸试剂中硫酸含量的主要操作包括:①量取一定量的浓硫酸,稀释;②转移定容得待测液;③移取20.00 mL待测液,用0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液滴定。上述操作中,不需要用到的仪器为( )
答案 B 解析 本题考查一定物质的量浓度溶液的配制和酸碱中和滴定。溶液配制时用到容量瓶,溶液滴定时用到碱式滴定管和锥形瓶,实验中未用到分液漏斗,B项符合题意。
1-3.(2021河北卷,3)下列操作规范且能达到实验目的的是( )
答案 A 解析 本题考查常见实验基本操作知识(包含酸碱中和滴定、中和热测定、浓硫酸稀释及萃取分液等)。通过观察锥形瓶中颜色的变化(由无色变为浅红色且半分钟内不褪色),可确定滴定终点,从而测定出醋酸的浓度,A项正确。测定中和热的实验装置中,大小烧杯杯口应该平齐,且温度计不能接触烧杯底,B项错误。用容量瓶配制一定物质的量浓度的溶液时,不能直接在容量瓶中溶解或稀释,C项错误。萃取分液时,分液漏斗的尖端应该紧贴烧杯内壁,以防止分液时液体迸溅,D项错误。
对点演练
1-1.(2021湖南永州三模)下列实验操作正确的是( )A.将MgCl2溶液加热蒸干以制备无水MgCl2B.金属钠可保存在煤油、四氯化碳等有机溶剂中C.常压蒸馏时,加入液体的体积不超过蒸馏烧瓶容积的三分之二D.用标准HCl溶液滴定NaHCO3溶液来测定其浓度,选择酚酞为指示剂
答案 C
解析 加热蒸干MgCl2溶液生成Mg(OH)2,A错误;金属钠的密度比四氯化碳的小,钠不能保存在四氯化碳中,B错误;常压蒸馏时,加入液体的体积不超过蒸馏烧瓶容积的三分之二,C正确;NaHCO3溶液呈碱性,滴定终点时溶液呈弱酸性,应选择甲基橙为指示剂,D错误。
1-2.(2020浙江卷)下列有关实验说法,不正确的是( )A.碱液不慎溅到手上,先用大量水冲洗,再用饱和硼酸溶液洗,最后用水冲洗B.KCl和MnO2的混合物经溶解、过滤、洗涤、干燥,可分离出MnO2C.用容量瓶配制溶液,定容时若加水超过刻度线,立即用滴管吸出多余液体D.火柴头的浸泡液中滴加AgNO3溶液、稀硝酸和NaNO2溶液,可检验火柴头是否含有氯元素
答案 C
解析 若皮肤不慎沾上少量碱液,应先用大量水冲洗,再用2%醋酸溶液或饱和硼酸溶液洗,最后用水冲洗,避免皮肤受损,故A正确;二氧化锰不溶于水,氯化钾可溶于水,所以混合物经溶解、过滤、洗涤、干燥,可分离出MnO2,故B正确;滴管吸出的液体中含有溶质,因此会导致所配溶液浓度偏小,正确操作应该是重新配制,故C错误;火柴头中含有KClO3,检验氯元素,应把
考向2 化学实验装置分析及评判真题示例2-1.(2020山东卷,5)利用下列装置(夹持装置略)进行实验,能达到实验目的的是( )
A.用甲装置制备并收集CO2B.用乙装置制备溴苯并验证有HBr产生C.用丙装置制备无水MgCl2D.用丁装置在铁上镀铜
思路点拨
答案 C
2-2.(2021全国乙卷,8)在实验室采用如图装置制备气体,合理的是( )
答案 C
解析 NH3的密度小于空气的密度,收集NH3应该用向下排空气法,题干中装置采用的是向上排空气法,A项错误;MnO2与浓盐酸反应制Cl2、NaCl与浓硫酸反应制取HCl,均应该使用固-液加热型制气装置,而题干给出的装置属于固-固加热型制气装置,B、D项错误;利用MnO2与KClO3共热制取氧气,制取装置及收集装置均正确,C项符合题目要求。
对点演练
2-1.(2021湖南湘豫名校3月联考)用下列实验装置进行相应实验(部分夹持装置未画出),说法不正确的是( )
A.图1装置检验出有CO生成,能证明焦炭与二氧化硅发生了反应B.图2可用作少量氨气的尾气吸收装置C.图3装置可以除去SO2中的少量HClD.图4关闭活塞K,从a处加水可检验装置气密性
答案 A
解析 在空气不足的情况下,焦炭和空气中的氧气也能反应生成一氧化碳,A错误;氨气极易溶于水,吸收时需要防止倒吸,B正确;亚硫酸氢钠能与氯化氢反应生成二氧化硫,不能与二氧化硫反应,C正确;关闭活塞后加入水形成了封闭体系,若右侧水面比左侧高,且一段时间不改变则可说明气密性良好,D正确。
2-2.(2021湖南长郡十五校联考)用下列装置能达到有关实验目的的是( )
A.用甲图装置比较NaHCO3和Na2CO3的热稳定性B.用乙图装置制取金属锰C.用丙图装置可以除去淀粉溶液中的少量NaClD.用丁图装置从氯化钠溶液中获得氯化钠晶体
答案 B
解析 应将NaHCO3和Na2CO3盛放的位置对调,A错误;通过铝热反应可以制取铁、锰等金属,B正确;淀粉溶液是胶体,所以除去淀粉溶液中的少量NaCl可用渗析的方法,而不能用分液的方法,C错误;从氯化钠溶液中获得氯化钠晶体用的方法是蒸发结晶,要用到蒸发皿,而不是坩埚,D错误。
3-1.(2021湖南卷,3)下列实验设计不能达到实验目的的是( )
考向3 实验操作、现象与结论是否一致的判断真题示例
思路点拨
答案 C
3-2.(2018全国Ⅱ卷,13)下列实验过程可以达到实验目的的是( )
思路点拨根据实验目的和操作过程分析判断:
答案 B
对点演练
3-1.(2021湖南怀化一模)根据下列实验操作和现象所得到的结论正确的是( )
答案 C
解析 浓硝酸也有挥发性,浓氨水接近浓硝酸也会出现白烟(硝酸铵),A错误;加入碘化钾的量少,无法将三价铁离子完全反应,加入KSCN溶液一定会变红色,无法证明此反应为可逆反应,B错误;品红褪色说明有二氧化硫生成,硫元素化合价由+6价→+4价,体现了浓硫酸的强氧化性,C正确;使溴的四氯化碳溶液褪色,只能说明有不饱和烃,但不一定是乙烯,D错误。
3-2.(2021天津南开区二模)下列实验操作、现象和结论均正确的是( )
答案 D
解析 能使澄清石灰水变浑浊的气体还可能是SO2,所以溶液中也可能含有 ,故A错误;在空气中点燃氢气,将导管伸入盛有氯气的集气瓶,集气瓶中产生白雾,生成HCl,故B错误;向Na2SiO3溶液中滴入稀盐酸,发生反应生成难溶于水的H2SiO3,说明盐酸酸性比硅酸强,但盐酸不是氯元素的最高价氧化物的水化物,故不能证明非金属性:Cl>Si,故C错误;向Ba(OH)2溶液中滴加少量稀硫酸发生反应:Ba(OH)2+H2SO4==BaSO4↓+2H2O,溶液中的离子浓度减小,电导率减小,故D正确。
技法点拨解答有关表格分析型实验题的思维模型
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)用湿润的蓝色石蕊试纸检验NH3。( )(2)蒸馏时温度计水银球可以插入液面以下。( )(3)制取气体时,先检查装置气密性后装药品。( )
提示 ×。NH3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
提示 ×。蒸馏时温度计水银球应位于支管口处。
提示 √。只有在确定装置不漏气后方可使用。
(4)点燃可燃性气体如H2、C2H4等时,先检验气体纯度后点燃。( )(5)使用容量瓶、分液漏斗、滴定管前,先洗涤干净后检查是否漏水。( )
提示 √。点燃可燃性气体时,必须检验气体纯度。
提示 √。容量瓶、分液漏斗、滴定管使用前,需检查是否漏水。
考点二 物质的分离、提纯及检验
要点归纳•再提升
1.分离提纯物质的化学方法和原理
注意不要引入新的杂质。如不能用酸性KMnO4溶液除去甲烷中的乙烯,因为会引入新的杂质CO2
2.物质分离与提纯的四种类型(1)“固+固”混合物的分离(提纯)
(2)“固+液”混合物的分离(提纯)
(3)“液+液”混合物的分离(提纯)
(4)“气+气”混合物的分离(提纯)
3.物质检验的常用方法
4.物质检验的技巧和要求(1)先物理后化学,先利用物质的特殊颜色、状态、气味、焰色反应等进行检验,后利用化学反应检验。(2)先常温后加热,先鉴别出常温下反应的物质,后鉴别加热条件下反应的物质。(3)先分组后“逐一”,根据阴(阳)离子或官能团的性质分成若干组,然后再逐一鉴别。
(4)检验反应要求具有一定的选择性、典型性和明显的外部特征。如品红溶液检验SO2,KSCN溶液检验Fe3+,湿润的红色石蕊试纸检验NH3等颜色的改变,或气体的生成,或沉淀的生成和溶解等特征现象。
(6)通过①观察颜色;②反应现象;③共存关系;④电荷守恒;⑤来龙去脉,追踪推断物质组成成分中一定含有、一定不含有、可能含有某物质(离子)。
经典对练•得高分
考向1 物质的分离与提纯真题示例1-1.(2020全国Ⅰ卷,9)下列气体去除杂质的方法中,不能实现目的的是( )
思路点拨
答案 A
1-2.(2019全国Ⅱ卷,28)咖啡因是一种生物碱(易溶于水及乙醇,熔点234.5 ℃,100 ℃以上开始升华),有兴奋大脑神经和利尿等作用。茶叶中含咖啡因约1%~5%、单宁酸(Ka约为10-6,易溶于水及乙醇)约3%~10%,还含有色素、纤维素等。实验室从茶叶中提取咖啡因的流程如下图所示。
索氏提取装置如右图所示。实验时烧瓶中溶剂受热蒸发,蒸汽沿蒸汽导管2上升至球形冷凝管,冷凝后滴入滤纸套筒1中,与茶叶末接触,进行萃取。萃取液液面达到虹吸管3顶端时,经虹吸管3返回烧瓶,从而实现对茶叶末的连续萃取。
回答下列问题:(1)实验时需将茶叶研细,放入滤纸套筒1中,研细的目的是 。圆底烧瓶中加入95%乙醇为溶剂,加热前还要加几粒 。 (2)提取过程不可选用明火直接加热,原因是 。与常规的萃取相比,采用索氏提取器的优点是 。 (3)提取液需经“蒸馏浓缩”除去大部分溶剂。与水相比,乙醇作为萃取剂的优点是 。“蒸馏浓缩”需选用的仪器除了圆底烧瓶、蒸馏头、温度计、接收管之外,还有 (填标号)。 A.直形冷凝管 B.球形冷凝管C.接收瓶 D.烧杯
(4)浓缩液加生石灰的作用是中和 和吸收 。 (5)可采用如右图所示的简易装置分离提纯咖啡因。将粉状物放入蒸发皿中并小火加热,咖啡因在扎有小孔的滤纸上凝结,该分离提纯方法的名称是 。
答案 (1)增加固液接触面积,提取充分 沸石(2)乙醇易挥发,易燃 使用溶剂量少,可连续萃取(萃取效率高)(3)乙醇沸点低,易浓缩 AC (4)单宁酸 水 (5)升华
解析 (1)将茶叶研细是为了增加固液接触面积,使提取充分。为了防止暴沸,需要加入沸石。(2)乙醇容易挥发,且易燃烧。根据所给萃取的原理和装置,可知该种萃取方法中萃取剂可以连续使用,萃取效率高。(3)乙醇的沸点比水的低,蒸馏浓缩容易;直形冷凝管便于馏分液体流出,故A项正确,B项错误。(4)因为茶叶中含有单宁酸,故加入生石灰可以中和单宁酸,且生石灰可与水反应,从而达到吸收水的目的。(5)固体直接转化为气体,属于升华。
对点演练
1-1.(2021湖南“五市十校教研教改共同体”大联考)为提纯下列物质(括号内的物质为杂质),所选用的除杂试剂和分离方法都正确的是( )
答案 A
解析 溴苯中混入溴,加入NaOH溶液后,NaOH与Br2发生反应生成的溴化钠和次溴酸钠均易溶于水,水层与溴苯分层,利用分液法分离,能达到除杂的目的,A正确;二氧化硫与氯气溶于水后均不能与饱和NaHSO4溶液反应,无法起到除杂的效果,B不正确;乙烷中混入乙烯,加入酸性KMnO4溶液时乙烯被氧化为CO2混在乙烷中,不能达到除杂的目的,C不正确;乙醇中混有水,加入生石灰与水反应,然后进行蒸馏便可获得乙醇,不能用渗析的方法,D不正确。
1-2.(2021贵州贵阳模拟)下表中除去物质中杂质选用的试剂或操作方法正确的一组是( )
A.①②③ B.①③④ C.②③④ D.①②④
答案 C 解析 加入氯化铁会引入杂质Cl-,故①不正确;加入铁粉置换出铜,通过过滤除去铜及过量的铁粉,故②正确;利用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体,再用浓硫酸干燥氢气,故③正确;碳酸钙不溶于水,溶解后过滤,再蒸发即可得到纯净的NaNO3,故④正确。
1-3.(2021河北邯郸模拟)超临界状态下的CO2流体溶解性与有机溶剂相似,可提取中药材的有效成分,工艺流程如下。
下列说法中错误的是( )A.浸泡时加入乙醇有利于中草药有效成分的浸出B.高温条件下更有利于超临界CO2流体萃取C.升温、减压的目的是实现CO2与产品分离D.超临界CO2流体萃取中药材具有无溶剂残留、绿色环保等优点
答案 B 解析 高温条件下,二氧化碳为气态,而萃取是利用超临界状态下的CO2流体,故高温条件下不利于超临界CO2流体萃取,B项错误。
技法点拨除杂的“四原则”和“四注意”
考向2 常见物质的检验与鉴别真题示例2-1.(2019全国Ⅱ卷,10)下列实验现象与实验操作不相匹配的是( )
思路点拨
答案 A
2-2.(2018天津卷,4)由下列实验及现象推出的相应结论正确的是( )
答案 B
解析 Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应可产生蓝色沉淀,因此能说明原溶液中存在Fe2+,但不能说明Fe3+是否存在,A项错误;较强酸可以制备较弱酸,B项正确;悬浊液中含有Na2S,能与CuSO4溶液反应生成CuS,不能证明
技法点拨S 的检验方法:先加稀盐酸无现象(排除碳酸根离子和银离子的干扰),再加BaCl2溶液,有白色沉淀生成,证明含有S 。
对点演练
2-1.(双选)(2021湖南“五市十校教研教改共同体”大联考)下列实验操作、现象解释或结论都正确的是( )
答案 CD
解析 烧杯中浓硫酸足量,则反应后剩余浓硫酸,不能将冷水注入烧杯,A错误;纳米铜是纯净物,不可能是固溶胶,纳米铜的水溶液是液溶胶,因此用一束光照射纳米铜的水溶液会产生丁达尔效应,B错误;生成氢氧化镁后体系中还含有过量的氢氧根离子,因此不能证明氢氧化镁能转化为氢氧化铜,也就不能证明Ksp[Cu(OH)2]
答案 A
解析 检验氯离子用硝酸银溶液,但碘离子的存在对氯离子的检验有干扰,因此先用Fe(NO3)3将碘离子氧化为碘单质并用CCl4萃取,萃取完成后上层液体中不含碘离子,再加硝酸酸化的硝酸银溶液有白色沉淀产生,则表明溶液中含有氯离子,故A正确; 均可与盐酸反应生成能使澄清石灰水变浑浊的气体,故B错误;检验亚铁离子应先加KSCN溶液,溶液未变红,再通入氯气,溶液变红,证明有Fe2+,故C错误;淀粉遇碘酸钾不能变蓝色,故D错误。
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)过量的Fe粉与氯气充分反应后,向反应后的混合物中加水,取上层清液滴入KSCN溶液,溶液不变红色,说明氯气将Fe氧化为Fe2+。( )(2)将某气体通入品红溶液中,品红褪色,说明该气体一定是SO2。( )(3)向溶液中滴加稀NaOH溶液,将湿润的红色石蕊试纸置于管口,试纸不变蓝,说明溶液中没有N 。( )
提示 ×。过量铁粉可将Fe3+还原为Fe2+。
提示 ×。可能是氯气等其他氧化性气体。
提示 ×。改用浓NaOH溶液并加热以利于氨气逸出。
(4)取适量Na2SO3固体于试管中,加水溶解,加入Ba(NO3)2溶液,再加入稀硝酸,先有白色沉淀,加入稀硝酸后沉淀不溶解,说明Na2SO3固体已变质。( )
提示 ×。稀硝酸能氧化Na2SO3,无法判断是否变质。
(5)分离溴的CCl4溶液:可选用分液的方法。( )
提示 ×。溴溶解在CCl4中,应改为蒸馏法。
(6)除去食盐中混有的少量NH4Cl:加过量的烧碱溶液后加热蒸干。( )(7)分离淀粉胶体中的NaCl溶液:可选用过滤的方法。( )(8)除去粗铜中的锌、铁、银等金属:可选用电解法。( )
提示 ×。会产生新的杂质NaOH。应改为热分解法。
提示 ×。胶体粒子和Na+、Cl-均能透过滤纸,应改为渗析法。
提示 √。电解法可实现粗铜精炼。
易错警示(1)气体除杂的注意事项①除去气体杂质时,一般先除其他杂质,然后再除去水蒸气。②除去多种杂质时要考虑加入试剂的先后顺序。(2)注意结晶与重结晶的区别①结晶指晶体从溶液中析出的过程。可采用蒸发溶剂的方法使溶质结晶析出。也可采用降温的方法使溶质结晶析出。②重结晶指析出的晶体经过溶解后再次从溶液中结晶析出的过程,是一种利用物质的溶解性不同而进行提纯、分离的方法。
(3)分步沉淀又称选择性沉淀,指选择适当沉淀剂或控制溶液的pH,使溶液中两种或多种离子分步沉淀下来,达到分离的目的。如向等浓度的KCl和K2CrO4混合液中逐滴加入稀AgNO3溶液,先产生AgCl沉淀,后产生Ag2CrO4沉淀。
考点三 探究型综合实验
要点归纳•再提升
1.制备一种物质的一般过程
2.重要物质的制备实验方案的设计过程
微点拨物质制备实验设计的注意事项(1)“合理选择”是指仪器的选择、药品的选择、连接方式的选择等。(2)“排除干扰”是指反应条件的控制、防止空气成分介入、副反应尽量避免、杂质的清除以及防止产物的挥发、水解等对实验的干扰。(3)“操作准确”则要求熟悉主要仪器的性能、用途和典型的实验操作步骤。
3.有机制备实验题解题流程
微点拨有机反应加热方法的选择①酒精灯加热:需要温度不太高的实验都可用酒精灯加热。②水浴加热:水浴加热的温度不超过100 ℃。③防暴沸:加碎瓷片或沸石,防止液体暴沸,若开始忘加,需冷却后补加。
经典对练•得高分
考向1 气体及无机制备实验探究真题示例1.(2017全国Ⅰ卷,10)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质,焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是( )
A.①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液B.管式炉加热前,用试管在④处收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度C.结束反应时,先关闭活塞K,再停止加热D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
答案 B 解析 浓硫酸应放在最后来干燥氢气,A项错误;可燃性气体在加热前需要验纯,所以管式炉加热前,用试管在④处收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度,B项正确;结束反应时,先停止加热,再关闭活塞K,C项错误;二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气需要加热的条件且二氧化锰通常为粉末状固体,故不能在装置Q(启普发生器)中进行二氧化锰与浓盐酸反应制取氯气,D项错误。
技法点拨无机物的制备解题策略
对点演练1-1.(2021江苏徐州模拟)Cl2O是黄棕色具有强烈刺激性气味的气体,是一种强氧化剂,易溶于水且会与水反应生成次氯酸,与有机物、还原剂接触或加热时会发生燃烧并爆炸。一种制取Cl2O的装置如图所示。
已知:Cl2O的熔点为-116 ℃,沸点为3.8 ℃;Cl2的沸点为-34.6 ℃;HgO+2Cl2==HgCl2+Cl2O。下列说法不正确的是( )A.装置②、③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸B.通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释,减小爆炸危险C.从装置⑤中逸出气体的主要成分是Cl2OD.装置④与⑤之间不用橡胶管连接,是为了防止橡胶管燃烧和爆炸
答案 C 解析 制取Cl2O需要干燥纯净的氯气,所以②、③中盛装的试剂依次是饱和食盐水和浓硫酸,A项正确;Cl2O易爆炸,所以通入干燥空气的目的是将生成的Cl2O稀释,减小爆炸危险,B项正确;装置⑤是为了收集Cl2O,所以温度低于3.8 ℃,此时氯气是气体,逸出的气体主要是空气和反应剩余的Cl2,C项错误;Cl2O与有机物接触会发生燃烧并爆炸,装置④与⑤之间不用橡胶管连接,是为了防止橡胶管燃烧和爆炸,D项正确。
1-2.(2021湖南长沙明德中学三模)实验室模拟制备亚硝酰硫酸(NOSO4H)的反应装置如图所示,下列关于实验操作或叙述错误的是( )
已知:①亚硝酰硫酸为棱形结晶,溶于硫酸,遇水易分解②反应原理:SO2+HNO3==SO3+HNO2、SO3+HNO2==NOSO4H
A.浓硝酸与浓硫酸混合时,是将浓硫酸慢慢滴加到浓硝酸中,边加边搅拌B.装置B和D中的浓硫酸的作用是防止水蒸气进入C导致亚硝酰硫酸分解C.冷水的温度控制在20 ℃左右,太低反应速率太慢;太高硝酸易分解,SO2逸出D.实验时用98%的浓硫酸代替70%的H2SO4溶液产生SO2速率更快
答案 D
解析 浓硝酸与浓硫酸混合时,如果将浓硝酸注入浓硫酸中,容易发生液滴飞溅,故浓硝酸与浓硫酸混合时,是将浓硫酸慢慢滴加到浓硝酸中,并且边加边搅拌,搅拌的目的是及时散热,防止局部过热,A正确;亚硝酰硫酸遇水易分解,装置B中的浓硫酸的作用是干燥SO2气体,装置D中的浓硫酸的作用是防止装置E中的水蒸气进入装置C中,B正确;为了保证反应速率不能太慢,同时又要防止温度过高硝酸分解,SO2逸出,故冷水的温度控制在20 ℃左右,C正确;98%的浓硫酸中很难电离出H+,如果用98%的浓硫酸代替70%的H2SO4溶液,产生SO2速率更慢,D错误。
考向2 物质组成实验探究真题示例2.(2018全国Ⅱ卷,28)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体,可用于晒制蓝图,回答下列问题:(1)晒制蓝图时,用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂,以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂,其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3] 2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2↑;显色反应的化学方程式为 。
(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物,按下图所示装置进行实验。
①通入氮气的目的是 。 ②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,装置E中固体变为红色,由此判断热分解产物中一定含有 、 。 ③为防止倒吸,停止实验时应进行的操作是 。 ④样品完全分解后,装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3,检验Fe2O3存在的方法是: 。
(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。①称量m g样品于锥形瓶中,溶解后加稀硫酸酸化,用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点,滴定终点的现象是 。 ②向上述溶液中加入适量锌粉至反应完全后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中,加稀硫酸酸化,用c mol·L-1 KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液V mL,该晶体中铁的质量分数的表达式为 。
思路点拨(1)陌生反应的化学方程式的书写方法
(2)①分析实验操作的目的——类比联想联想以往通氮气的实验中氮气的作用,结合本题题给信息和要求可知,反应前通入氮气的目的是排尽装置中的空气,保证实验过程隔绝空气以及使反应生成的气体全部进入后续装置。②实验现象的分析——根据实验现象判断物质变化实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊,说明A中反应一定产生二氧化碳;装置E中固体变为红色,说明氧化铜被还原为铜,F中澄清石灰水变浑浊,说明E中反应产生二氧化碳,则A中反应有还原性气体CO生成。由此判断热分解产物中一定含有CO2、CO。
③防倒吸实验操作——类比联想氢气还原氧化铜的实验操作中,为防止倒吸,熄灭酒精灯后还要继续通氢气至装置冷却,由此可以联想到为防止倒吸,在停止实验时应进行的操作是先熄灭装置A、E处的酒精灯,冷却后停止通入氮气。④物质的检验——根据答题模板回答常用答题模板:取少量XX固体试剂于试管中,加水(或酸)配成溶液→滴入XX试剂→描述现象→得出结论。检验方法:取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3。
(3)氧化还原滴定及计算①滴定终点的判断高锰酸钾氧化草酸根离子,加入最后一滴高锰酸钾溶液使溶液显粉红色,说明草酸根离子已完全反应。所以滴定终点的现象是溶液出现粉红色且半分钟内粉红色不消失。②氧化还原滴定的计算——关系式法第一步,确定各物质的物质的量关系根据守恒法可列出Fe3+、Fe2+与KMnO4三种物质对应的关系式,关系式及分析如下图所示:
第二步,根据题目要求和题给数据列式计算反应中消耗高锰酸钾0.001cV mol,亚铁离子的物质的量是0.005cV mol,则
答案 (1)3FeC2O4+2K3[Fe(CN)6] ==Fe3[Fe(CN)6]2+3K2C2O4(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置 ②CO2、CO ③先熄灭装置A、E处的酒精灯,冷却后停止通入氮气 ④取少许固体粉末于试管中,加稀硫酸溶解,滴入1~2滴KSCN溶液,溶液变红色,证明含有Fe2O3(3)①溶液出现粉红色且半分钟内粉红色不消失
技法点拨常见固体的检验答题模板为“取固体,加溶剂溶解、加试剂、说现象、得结论”。如本题中,取固体加入稀硫酸溶解,取少量溶解后的溶液于试管中,加入KSCN溶液,若溶液显红色,则证明含有Fe2O3;另取少量溶液于试管中,加入酸性高锰酸钾溶液,若紫红色变浅或褪去,则证明溶液中含有FeO。
对点演练2.(2020北京卷,19)探究Na2SO3固体的热分解产物。资料:①4Na2SO3 Na2S+3Na2SO4 ②Na2S能与S反应生成Na2Sx,Na2Sx与酸反应生成S和H2S。③BaS易溶于水。隔绝空气条件下,加热无水Na2SO3固体得到黄色固体A,过程中未检测到气体生成。黄色固体A加水得到浊液,放置得无色溶液B。(1)检验分解产物Na2S:取少量溶液B,向其中滴加CuSO4溶液,产生黑色沉淀,证实有S2-。反应的离子方程式是 。
(2)检验分解产物Na2SO4:取少量溶液B,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,加入盐酸,沉淀增多(经检验该沉淀含S),同时产生有臭鸡蛋气味的气体(H2S),由于沉淀增多对检验造成干扰,另取少量溶液B,加入足量盐酸,离心沉降(固液分离)后, (填操作和现象),可证实分解产物中含有S 。 (3)探究(2)中S的来源。来源1:固体A中有未分解的Na2SO3,在酸性条件下与Na2S反应生成S。来源2:溶液B中有Na2Sx,加酸反应生成S。针对来源1进行如图实验:
①实验可证实来源1不成立。实验证据是 。 ②不能用盐酸代替硫酸的原因是 。 ③写出来源2产生S反应的离子方程式: 。 (4)实验证明Na2SO3固体热分解有Na2S、Na2SO4和S产生。运用氧化还原反应规律分析产物中S产生的合理性: 。
答案 (1)S2-+Cu2+==CuS↓(2)滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀(3)①向溶液2中加入KMnO4溶液,溶液没有褪色 ②盐酸中Cl元素为-1价,是Cl元素的最低价,具有还原性,会与KMnO4溶液发生氧化还原反应,使KMnO4溶液褪色,干扰实验现象和实验结论 ③ +2H+==H2S↑+(x-1)S↓(4)根据反应4Na2SO3 Na2S+3Na2SO4可知,Na2SO3发生歧化反应,其中的S元素化合价既可升高也可降低,能从+4价降为-2价,也应该可以降到0价生成硫单质
解析 (1)Na2S和CuSO4溶液反应生成硫化铜和硫酸钠,反应的离子方程式是S2-+Cu2+==CuS↓;(2)根据题干资料:Na2S能与S反应生成Na2Sx,Na2Sx与酸反应生成S和H2S,取少量溶液B,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,加入盐酸,沉淀增多(经检验该沉淀含S),同时产生有臭鸡蛋气味的气体(H2S),说明B溶液中含有Na2Sx,Na2Sx与酸反应生成S和H2S,由于沉淀增多对检验造成干扰,另取少量溶液B,加入足量盐酸,离心沉降(固液分离)后,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,可证实分解产物中含有S ;(3)①实验可证实来源1不成立。根据分析,若溶液B中含Na2SO3,则溶液2为H2SO3,向溶液2中加入少量KMnO4溶液,H2SO3具有还原性,酸性条件下KMnO4具有强氧化性,二者
混合后应发生氧化还原反应,KMnO4溶液应该褪色,但得到的仍为紫色,说明溶液B中不含Na2SO3;②不能用盐酸代替硫酸的原因是盐酸中Cl元素为-1价,是Cl元素的最低价,具有还原性,会与KMnO4溶液发生氧化还原反应,使KMnO4溶液褪色,干扰实验现象和实验结论;③来源2认为溶液B中有Na2Sx,加酸反应生成S,反应的离子方程式: +2H+==H2S↑+(x-1)S↓;(4)根据已知资料:4Na2SO3 Na2S+3Na2SO4,亚硫酸钠中硫为+4价,硫酸钠中硫为+6价,硫化钠中硫为-2价,根据反应可知Na2SO3发生歧化反应,其中的S元素化合价既可升高也可降低,能从+4价降为-2价,也应该可以降到0价生成硫单质。
考向3 物质性质实验探究真题示例3.(2020全国Ⅲ卷,26)氯可形成多种含氧酸盐,广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置(部分装置省略)制备KClO3和NaClO,探究其氧化还原性质。
回答下列问题:(1)盛放MnO2粉末的仪器名称是 ,a中的试剂为 。 (2)b中采用的加热方式是 。c中化学反应的离子方程式是 ,采用冰水浴冷却的目的是 。 (3)d的作用是 ,可选用试剂 (填字母)。 A.Na2S B.NaClC.Ca(OH)2 D.H2SO4
(4)反应结束后,取出b中试管,经冷却结晶, , ,干燥,得到KClO3晶体。 (5)取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中,滴加中性KI溶液。1 号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色,加入CCl4振荡,静置后CCl4层显 色。可知该条件下KClO3的氧化能力 (填“大于”或“小于”)NaClO。
思路点拨整体分析反应装置。装置共分四部分。
(1)仪器的名称和试剂的选择。根据盛放MnO2粉末的仪器结构可知该仪器为圆底烧瓶;利用浓盐酸和MnO2粉末共热制取氯气,生成的氯气中混有HCl气体,因此装置a的作用是除去氯气中混有的HCl气体,除杂试剂可选用饱和食盐水。(2)制备目标物质的分析。由题给信息可知,b装置中生成KClO3,c装置中生成NaClO。①加热方式的判断。盛有KOH溶液的试管放在盛有水的大烧杯中加热,该加热方式为水浴加热。
②离子方程式的书写。由目标产物及图示分析可知,c装置中氯气与NaOH溶液反应生成NaClO和NaCl,离子方程式为Cl2+2OH-==ClO-+Cl-+H2O。③操作目的的分析——对比分析。第一步,进行比较。
对比三,产物不同。b装置中生成KClO3;c装置中生成NaClO。第二步,得出结论。产物中氯元素的价态不同取决于反应的温度。第三步,回答问题。冰水浴的目的是避免生成NaClO3。(3)装置的作用和试剂的选择。第一步,物质性质的分析:氯气有毒;第二步,装置作用的判断:d装置的作用是吸收尾气(Cl2);第三步,根据物质性质选择试剂:
Na2S可以将氯气还原成氯离子,可以吸收氯气,A项正确;氯气在NaCl溶液中溶解度很小,无法充分吸收氯气,B项错误;氯气可以与Ca(OH)2悬浊液反应生成氯化钙和次氯酸钙,C项正确;氯气与硫酸不反应,且硫酸溶液中存在大量氢离子会降低氯气的溶解度,D项错误。(4)实验基本操作——从溶液中得到晶体的操作。依据:从溶液中得到晶体的一般操作为“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥”。结论:根据一般操作步骤和该题设问可得出相关结论:过滤、洗涤。
(5)氧化能力强弱的探究。
答案 (1)圆底烧瓶 饱和食盐水(2)水浴加热 Cl2+2OH-==Cl-+ClO-+H2O 避免生成NaClO3 (3)吸收尾气(Cl2) AC (4)过滤 少量(冷)水洗涤(5)紫 小于
对点演练3-1.(2021山东泰安模拟)某同学在实验室选用下列实验装置,验证浓硫酸与炭反应的生成物。下列说法正确的是( )
A.浓硫酸与炭反应中,浓硫酸表现出酸性和强氧化性B.验证产物的正确连接顺序为Ⅰ→Ⅳ→Ⅲ→ⅡC.装置Ⅱ中两侧品红溶液在实验设计中的作用不相同D.若连接顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ,无法检验产物中有无CO2
答案 C
解析 A.浓硫酸与炭反应中,浓硫酸只表现出强氧化性,由于没有生成硫酸盐,所以没有表现酸性;B.验证产物一般原则是先检验水,然后检验有特殊现象的物质,最后在除去干扰物质的情况下检验剩余物质。正确连接顺序为:Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ→Ⅳ;C.装置Ⅱ中左侧品红溶液在实验设计中的作用是检验SO2,右侧的则是检验高锰酸钾溶液是否将SO2完全吸收,二者在实验中的现象不同,作用也不相同;D.若连接顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ,Ⅱ装置检验并除去SO2,Ⅲ装置检验水,产物中CO2可以用Ⅳ装置检验。
3-2.(2021河南平顶山模拟)文献报道,H2能还原FeCl2。某学习小组设计实验探究“文献”的真实性,下列各步实验装置错误的是( )
答案 C 解析 氢气还原氯化亚铁生成铁、氯化氢,检验氯化氢可以确认氢气是否能还原氯化亚铁。A装置用于制备氢气;B装置用于还原氯化亚铁;C装置用于检验氯化氢,因为氯化氢极易溶于水,必须采用防倒吸装置;D装置用于干燥气体。
技法点拨气体的干燥(1)有氧化性的干燥剂(如浓硫酸)不能干燥有还原性的气体(如H2S、HI等)。(2)不能用CaCl2干燥NH3,因为CaCl2与NH3能发生反应。(3)当气体中含有多种杂质时,若采用洗气装置除杂,通常是除杂在前,干燥在后。若用加热装置除杂,通常是干燥在前,除杂在后。
4-1.(双选)(2021湖南卷,13)1-丁醇、溴化钠和70%的硫酸共热反应,经过回流、蒸馏、萃取分液制得1-溴丁烷粗产品,装置如图所示:
已知:CH3(CH2)3OH+NaBr+H2SO4 CH3(CH2)3Br+NaHSO4+H2O
考向4 有机制备实验真题示例
下列说法正确的是( )A.装置Ⅰ中回流的目的是为了减少物质的挥发,提高产率B.装置Ⅱ中a为进水口,b为出水口C.用装置Ⅲ萃取分液时,将分层的液体依次从下口放出D.经装置Ⅲ得到的粗产品干燥后,使用装置Ⅱ再次蒸馏,可得到更纯的产品
思路点拨步骤一:装置分析:装置Ⅰ——根据题意1-丁醇、溴化钠和70%的硫酸在装置Ⅰ中共热发生反应CH3(CH2)3OH+NaBr+H2SO4 CH3(CH2)3Br+NaHSO4+H2O,得到含CH3(CH2)3OH、CH3(CH2)3Br、NaHSO4、NaBr、H2SO4的混合物;装置Ⅱ——混合物在装置Ⅱ中蒸馏得到CH3(CH2)3OH和CH3(CH2)3Br的混合物;装置Ⅲ——在装置Ⅲ中用合适的萃取剂萃取分液得CH3(CH2)3Br粗产品。
步骤二:逐项分析:
答案 AD
4-2.(2019全国Ⅰ卷,9)实验室制备溴苯的反应装置如下图所示,关于实验操作或叙述错误的是( )
A.向圆底烧瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打开KB.实验中装置b中的液体逐渐变为浅红色C.装置c中碳酸钠溶液的作用是吸收溴化氢D.反应后的混合液经稀碱溶液洗涤、结晶,得到溴苯
思路点拨
答案 D
对点演练
A.长颈漏斗内的药品最好是盐酸B.蒸馏时,冷凝水应该a进b出C.为防止苯胺被氧化,加热前应先通一段时间H2D.为除去反应生成的水,蒸馏前需关闭K并向三颈烧瓶中加入浓硫酸
答案 C 解析 盐酸具有挥发性,会使产生的氢气中混有HCl气体,干扰反应,A错误;蒸馏时,冷凝水应该下口(b)进上口(a)出,B错误;装置内空气中有氧气,会氧化苯胺,加热前应先通一段时间H2排尽装置中的空气,C正确;浓硫酸具有强氧化性,会氧化苯胺,为除去反应生成的水,蒸馏前可向三颈烧瓶中加入生石灰,D错误。
4-2.(2021湖南长沙明德中学三模)正溴丁烷是稀有元素萃取的溶剂及有机合成的中间体,其制备装置如图(夹持装置略):
ⅳ.正溴丁烷密度:1.27 g·mL-1;浓硫酸密度:1.84 g·mL-1
请回答下列问题:(1)正溴丁烷粗产品的制备①仪器a的名称是 ,向圆底烧瓶中添加药品顺序正确的是 (填正确选项字母)。 A.浓硫酸→适量水→正丁醇→溴化钠粉末B.适量水→浓硫酸→正丁醇→溴化钠粉末C.适量水→正丁醇→浓硫酸→溴化钠粉末D.适量水→正丁醇→溴化钠粉末→浓硫酸②装置b中装入NaOH溶液,目的是 。 ③加热回流,在此期间要不断地摇动反应装置,其原因为 ;冷却后改为蒸馏装置,蒸出正溴丁烷的粗品。
(2)正溴丁烷的提纯①把正溴丁烷粗品倒入分液漏斗中,加入适量水洗涤,分出有机层;②在另一干燥的分液漏斗中,加入浓硫酸洗去有机层中少量的未反应的正丁醇及副产物,从 (选填“上口”或“下口”)分出有机层; ③有机层依次用适量的水、浓硫酸、水、饱和NaHCO3溶液、水洗涤,用无水CaCl2干燥。以上三次用水洗涤简化为一次用水洗涤是否合理,并说明理由 。 (3)①若洗涤后产物有红色,说明含有溴单质,应加入适量的饱和NaHSO3溶液洗涤,将溴单质全部除去,其反应的离子方程式为 。 ②若投入正丁醇14.8 g,得到产物15.6 g。则正丁醇的转化率为 %(保留一位小数)。
答案 (1)①球形冷凝管 B②吸收尾气,防止污染空气③使反应物充分接触,充分反应,提高正溴丁烷的产率(2)②上口 ③不合理,第一次水洗除去HBr和正丁醇,第二次除去大部分的H2SO4,第三次除去NaHCO3,三次水洗可减少试剂的用量
解析 (1)①由实验装置图可知,仪器a为球形冷凝管;向圆底烧瓶中添加药品时,水应在浓硫酸之前加入,正丁醇应在浓硫酸之后加入,因为若正丁醇在浓硫酸之前加入,与浓硫酸作用后放热,使正丁醇大量挥发造成损失,溴化钠若先加入,则会与浓硫酸反应放出气体,不仅浪费原料,还会污染空气,由此得出向圆底烧瓶中添加药品的正确顺序是适量水→浓硫酸→正丁醇→溴化钠粉末。②装置b中装入的氢氧化钠溶液用于吸收未反应的溴化氢和副反应生成的溴蒸气,防止污染空气。③加热回流时,不断地摇动反应装置可以使反应物充分接触,有利于反应物充分反应,提高正溴丁烷的产率。
(2)②在另一干燥的分液漏斗中,加入浓硫酸洗去有机层中少量的未反应的正丁醇及副产物,因为有机层密度比浓硫酸小,所以在液体的上层,应从上口分出有机层。③有机层依次用适量的水洗涤,可洗去溴化氢和正丁醇;用浓硫酸洗涤,可洗去未被水洗掉的正丁醇;再用水洗,可洗去浓硫酸;用饱和碳酸氢钠溶液洗去大部分剩余硫酸;再用水洗涤,洗去余下的少量硫酸,用无水氯化钙进行干燥,以上三次用水洗涤简化为一次用水洗涤不合理,因为需加大试剂用量。
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)吸收NH3可用如图装置,或将有机溶剂CCl4换成苯。( )
(2)除去SO2中混有的HCl气体,可将气体通过装有饱和Na2SO3溶液的洗气瓶,再干燥。( )
提示 ×。NH3极易溶于水,如题图所示装置可以防倒吸,苯的密度小于水,不能有效防倒吸。
提示 ×。除杂试剂应选用饱和NaHSO3溶液。
(3)溴乙烷与NaOH乙醇溶液加热可制备乙烯,生成的气体直接通入酸性KMnO4溶液,紫色褪去即可证明乙烯生成。( )(4)向蔗糖水解液中加入银氨溶液,即可证明水解产物的生成。( )
提示 ×。生成的乙烯中混有挥发出来的乙醇,乙醇也可使酸性KMnO4溶液紫色褪去。
提示 ×。蔗糖水解液呈酸性,应先加入碱将溶液调至碱性,再用银氨溶液检验还原糖。
(5)实验室中可利用二氧化锰或高锰酸钾与浓盐酸反应制取氯气,两种制备方法中氯气的发生装置完全相同。( )
提示 ×。二氧化锰与浓盐酸反应需要加热,高锰酸钾与浓盐酸反应不需要加热,二者制备氯气的装置不完全相同。
易错警示探究物质性质的注意事项(1)有水蒸气生成的,先检测水蒸气,再检测其他成分。(2)对于需要进行转化才能检测的成分,如CO的检测,要注意先检测CO中是否含有CO2,如果有CO2,应先除去CO2,接着对CO进行转化,最后再检测转化产物CO2。(3)若试题只给出部分药品和装置,则应根据需要进行必要的补充;若有剩余,则应进行筛选。(4)如果题目要求采用最合理的实验步骤,那么题目一般对反应原理、药品选择和装置选择、操作步骤确定都做了限定,必须高度重视。
考点四 定量测定型实验
要点归纳•再提升
1.掌握定量测定型实验数据的4种测定方法(1)沉淀法先将某种成分转化为沉淀,然后称量纯净、干燥沉淀的质量,再进行相关计算。
沉淀干燥的标准是两次测定的质量差小于0.1 g
(2)测气体体积法对于产生气体的反应,可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。常见测量气体体积的实验装置:
微点拨量气时应保持装置处于室温状态。读数时要特别注意消除“压强差”,保持液面相平还要注意视线与液面最低处相平。如上图(Ⅰ)(Ⅳ)应使左侧和右侧的液面高度保持相平。
(3)测气体质量法将生成的气体通入足量的吸收剂中,通过称量实验前后吸收剂的质量,求得所吸收气体的质量,然后进行相关计算。
另一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量
(4)滴定法即利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
微点拨滴定实验中测量溶液的体积要平行做2~3次滴定,取体积的平均值求算未知溶液的浓度,但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃。
2.定量测定实验中要具备的3种意识
(1)要有消除干扰气体的意识:如用“惰性气体”将干扰气体排出或用溶液吸收干扰气体等。(2)要有被测量气体全部被测量的意识:如可以采用反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量的气体全部被吸收剂吸收的方法。(3)要有“数据”的采集处理意识:实验数据的采集是化学计算的基础,一般的固体试剂称取质量,而液体试剂和气体试剂测量体积。
既要防止装置内的气体干扰,还要防止外界空气进入装置产生干扰
3.“热重分析法”确定物质组成热重分析是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术,用来研究材料的热稳定性和组分。晶体加热时失重一般是先失水、再失非金属氧化物,晶体中金属质量不减少,仍在残余固体中,失重最后一般为金属氧化物,由质量守恒得m(O),由n(金属原子)∶n(O)即可求出失重后所得物质的化学式。
4.实验题中涉及的计算实验题中涉及的计算主要有样品的质量分数或纯度的计算,物质的转化率或产率、物质的量浓度、物质的质量的计算。(1)计算公式。
(2)计算方法——关系式法。关系式法常应用于一步反应或分多步进行的连续反应中,利用该法可以省去不必要的中间运算过程,避免计算错误,并能迅速准确地获得结果。一步反应中可以直接找出反应物与目标产物的关系;在多步反应中,若第一步反应的产物是下一步反应的反应物,可以根据化学方程式将某中间物质作为“中介”,找出已知物质和所求物质之间的量的关系。
如水中溶氧量(DO)的测定:①碱性条件下,O2将Mn2+氧化为MnO(OH)2,2Mn2++O2+4OH-==2MnO(OH)2↓;②酸性条件下,MnO(OH)2将I-氧化为I2,MnO(OH)2+2I-+4H+==Mn2++I2+3H2O;
可得关系式:O2~2Mn2+~2MnO(OH)2~2I2~4Na2S2O3。
经典对练•得高分
考向1 以测定化学式(组成元素)为实验目的的定量测定实验真题示例1.(2019全国Ⅰ卷,27)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵,具体流程如下:
回答下列问题:(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污,方法是 。 (2)步骤②需要加热的目的是 ,温度保持89~95 ℃,采用的合适加热方式是 。铁屑中含有少量硫化物,反应产生的气体需要净化处理,合适的装置为 (填标号)。
(3)步骤③中选用足量的H2O2,理由是 。分批加入H2O2,同时为了 ,溶液要保持pH小于0.5。 (4)步骤⑤的具体实验操作有 ,经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。 (5)采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水,失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为 。
答案 (1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C(3)将Fe2+全部氧化为Fe3+;不引入杂质 抑制Fe3+水解(4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)(5)NH4Fe(SO4)2·12H2O
解析 (1)铁屑表面的油污主要是油脂类的物质,所以可以加入热碱液使其水解除去。(2)步骤②需要加热的目的是加快反应速率,加速铁与稀硫酸的反应;温度保持80~95 ℃,在100 ℃以下,所以主要采取的是热水浴的方式进行加热;因硫化物主要产生的是二氧化硫,二氧化硫易溶于水且与碱发生反应,所以应用防止倒吸的装置。
(3)步骤②中得到的滤液的主要成分是硫酸亚铁,而步骤③之后溶液的主要成分是硫酸铁,所以加入足量的H2O2的目的是将溶液中的Fe2+转换成Fe3+;当pH过大时,Fe3+会产生沉淀,所以溶液要保持pH小于0.5。(4)步骤⑤主要是将溶液中的固体进行结晶,所以具体实验操作是加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤),经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。(5)设硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O,其相对分子质量为266+18x,1.5个水分子的相对分子质量为1.5×18=27,则 ×100%=5.6%,解得x=12,所以硫酸铁铵的化学式为NH4Fe(SO4)2·12H2O。
对点演练1.(2020河南安阳第一次调研)由两种或两种以上金属离子(或铵根离子)和一种酸根离子构成的盐称为复盐。为确定某复盐结晶水合物Q(含有两种金属阳离子)的组成,甲、乙两位同学分别进行了如下实验:
请回答下列问题:(1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同,均为 、洗涤,仅由甲的实验 (填“能”或“不能”)确定操作Ⅰ中所得固体的成分,说明理由: 。 (2)甲实验中通入过量二氧化碳发生反应生成沉淀的离子方程式为 。 (3)0.8 g红棕色粉末的物质的量为 。 (4)乙实验中,若100 mL硝酸钡溶液恰好完全反应,则硝酸钡溶液的物质的量浓度为 。 (5)Q的化学式为 。
答案 (1)过滤 不能 Fe(OH)2、Fe(OH)3在空气中灼烧时均能生成Fe2O3(2)CO2+Al +2H2O==Al(OH)3↓+HC(3)0.005 mol (4)0.4 mol·L-1(5)Al2Fe(SO4)4·12H2O
解析 (1)根据题意分析可知红棕色粉末应为Fe2O3,则说明结晶水合物Q中含有铁元素。在盐溶液中加入过量NaOH溶液后进行过滤,向溶液通入过量CO2能产生沉淀,可知结晶水合物中还应含有铝元素。操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同,根据实验过程可知都为过滤、洗涤;仅由甲的实验不能确定操作Ⅰ中所得固体的成分,因为Fe(OH)2、Fe(OH)3在空气中灼烧时均能生成Fe2O3。(2)甲实验中通入过量二氧化碳生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠,发生反应的
考向2 以测定物质含量(纯度)为实验目的的定量测定实验真题示例2.(2018全国Ⅲ卷,26)硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O,M=248 g·mol-1)可用作定影剂、还原剂。回答下列问题:(1)已知:Ksp(BaSO4)=1.1×10-10,Ksp(BaS2O3)=4.1×10-5。市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质,选用下列试剂设计实验方案进行检验:试剂:稀盐酸、稀硫酸、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液
(2)利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠的纯度。测定步骤如下:①溶液配制:称取1.200 0 g某硫代硫酸钠晶体样品,用新煮沸并冷却的蒸馏水在 中溶解,完全溶解后,全部转移至100 mL的 中,加蒸馏水至 。
答案 (1)③加入过量稀盐酸 ④出现乳黄色浑浊 ⑤(吸)取上层清液,滴入BaCl2溶液 ⑥产生白色沉淀(2)①烧杯 容量瓶 刻度 ②蓝色褪去 95.0
解析 (1)该实验的目的是检验市售硫代硫酸钠中是否含有硫酸钠,所以在加酸时不能加稀硫酸,应加入稀盐酸与硫代硫酸钠反应:Na2S2O3+2HCl==S↓+SO2↑+2NaCl+H2O;该反应的实验现象除有无色刺激性气味的气体逸出外,还有淡黄色沉淀生成;静置后,应取上层清液加入BaCl2溶液来检验S 的存在。
(2)①在配制溶液时,应先将固体放在烧杯中溶解,然后再转移到100 mL容量瓶中,接着加入蒸馏水,待凹液面最低处与刻度线相切时,即定容。②滴定时,依据淀粉遇碘单质变蓝色,所以滴定终点时溶液蓝色褪去。结合题中所给信息可得反应之间的关系为 K2Cr2O7 ~ 3I2 ~ 6Na2S2O3·5H2O 1 mol 6 mol 0.009 50 mol·L-1×20.00 mL c×24.80 mL
技法点拨
对点演练2.(2020天津卷,15)为测定CuSO4溶液的浓度,甲、乙两同学设计了两个方案。回答下列问题:Ⅰ.甲方案实验原理:CuSO4+BaCl2==BaSO4↓+CuCl2实验步骤:足量BaCl2溶液
(1)判断S 沉淀完全的操作为 。 (2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为 。 (3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为 。 (4)固体质量为w g,则c(CuSO4)= mol·L-1。 (5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯,则测得c(CuSO4) (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
Ⅱ.乙方案实验原理:Zn+CuSO4==ZnSO4+CuZn+H2SO4==ZnSO4+H2↑实验步骤:①按下图安装装置(夹持仪器略去)②……③在仪器A、B、C、D、E中加入图示的试剂④调整D、E中两液面相平,使D中液面保持在0或略低于0刻度位置,读数并记录
⑤将CuSO4溶液滴入A中并搅拌,反应完成后,再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生⑥待体系恢复到室温,移动E管,保持D、E中两液面相平,读数并记录⑦处理数据
(6)步骤②为 。 (7)步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是 (填字母)。
a.反应热受温度影响b.气体密度受温度影响c.反应速率受温度影响
(8)Zn粉质量为a g,若测得H2体积为b mL,已知实验条件下ρ(H2)=d g·L-1,则c(CuSO4)= mol·L-1(列出计算表达式)。 (9)若步骤⑥E管液面高于D管,未调液面即读数,则测得c(CuSO4) (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。 (10)是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度: (填“是”或“否”)。
Ⅱ.(6)加入药品之前需检查装置的气密性;步骤②为检查装置气密性;(7)气体的体积受温度和压强的影响较大,气体的质量不随温度和压强的变化而改变,所以密度也受温度和压强的影响,步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是气体密度受温度影响;反应热不受温度的影响,只与反应物和生成物自身的能量有关,不随温度、压强而改变;反应速率受温度影响,温度越高,反应速率越快,步骤⑥需保证体系恢复到室温与反应速率无关;(8)Zn粉质量为a g,若测得H2体积为b mL,已知实验条件下ρ(H2)=d g×L-1,氢气的质量
数,得到氢气的体积偏小,与硫酸反应的锌的质量偏小,与硫酸铜反应的锌的质量偏大,则测得c(CuSO4)偏高;(10)不能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度,硫酸镁不和锌发生置换反应。
易错防范•不失分
判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。(1)证明H2A是二元酸,可用中和滴定的方法,消耗的NaOH溶液体积是H2A的2倍。( )(2)1 L 0.5 mol·L-1硫酸溶液与足量锌粉反应,加入少量铜粉可以加快反应速率,但不影响H2的产生量。( )
提示 ×。消耗等浓度NaOH溶液体积是酸的2倍。
提示 √。加入铜粉构成原电池,反应速率加快,锌粉过量时H2产生量由硫酸决定,不受影响。
(3)用加热失水称重的方法测量胆矾晶体CuSO4·xH2O中结晶水的个数,需要用到坩埚,若已知坩埚质量,实验过程中需至少称重2次。( )(4)实验产生的SO2可用排水法测量体积。( )
提示 ×。灼烧固体需要使用坩埚,样品的质量需要称量,灼烧至恒重至少需称量2次,实验过程中至少需称量3次。
提示 ×。SO2易溶于水,可用排饱和NaHSO3溶液的方法测量体积。
(5)欲测量BaCO3和BaSO4混合固体中BaCO3的质量分数,称量样品质量为m1,加足量盐酸溶解后过滤、洗涤、干燥,所得固体质量为m2,则BaCO3的
提示 √。加酸后BaCO3溶解,滤渣为BaSO4,则BaCO3的质量为(m1-m2),除以总质量m1即为BaCO3的质量分数。
易错警示数据的处理一般注意五个方面①是否符合测量仪器的精度。②数据是否在误差允许范围内。③数据的测试环境。④数据的测量过程是否规范、合理。⑤少量物质是否完全反应;过量物质对数据是否有影响。
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(十一) 综合实验探究解题策略
热点专攻
综合实验探究题是近几年高考实验大题的热点题型。命题类型有物质性质实验探究,物质制备实验探究,定量测定实验探究,或者是上述三种类型的部分综合。主要以化学实验基础知识、元素及其化合物性质为载体,考查实验仪器的使用、基本实验操作、物质的分离提纯和检验方法、实验方案的设计与评价、实验条件的控制、实验数据的分析处理等。
题型特点如下:
解题思路为:明确实验目的→找出实验原理→分析装置作用→得出正确答案
(一)读题干 抓信息1.审题、破题秘诀
2.方法、考场支招
(二)审要点 抓关键1.综合实验中的常考点
2.高考实验“十大目的”及答题方向
(三)规范答 思拓展实验规范操作及目的分析①操作目的分析
②基本操作及答题规范
(2020全国Ⅱ卷,27)苯甲酸可用作食品防腐剂。实验室可通过甲苯氧化制苯甲酸,其反应原理如下:
题型突破
实验步骤:(1)在装有温度计、冷凝管和搅拌器的三颈烧瓶中加入1.5 mL甲苯、100 mL水和4.8 g(约0.03 mol)高锰酸钾,慢慢开启搅拌器,并加热回流至回流液不再出现油珠。(2)停止加热,继续搅拌,冷却片刻后,从冷凝管上口慢慢加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液,并将反应混合物趁热过滤,用少量热水洗涤滤渣。合并滤液和洗涤液,于冰水浴中冷却,然后用浓盐酸酸化至苯甲酸析出完全。将析出的苯甲酸过滤,用少量冷水洗涤,放在沸水浴上干燥。称量,粗产品的质量为1.0 g。
(3)纯度测定:称取0.122 g粗产品,配成乙醇溶液,于100 mL容量瓶中定容。每次移取25.00 mL溶液,用0.010 00 mol·L-1 KOH标准溶液滴定,三次滴定平均消耗21.50 mL KOH标准溶液。回答下列问题:(1)根据上述实验药品的用量,三颈烧瓶的最适宜规格为 (填字母)。 A.100 mL B.250 mLC.500 mL D.1 000 mL(2)在反应装置中应选用 (填“直形”或“球形”)冷凝管,当回流液不再出现油珠即可判断反应已完成,其判断理由是 。
(3)加入适量饱和亚硫酸氢钠溶液的目的是 ;该步骤亦可用草酸在酸性条件下处理,请用反应的离子方程式表达其原理: 。 (4)“用少量热水洗涤滤渣”一步中滤渣的主要成分是 。 (5)干燥苯甲酸晶体时,若温度过高,可能出现的结果是 。 (6)本实验制备的苯甲酸的纯度为 ;据此估算本实验中苯甲酸的产率最接近于 (填字母)。 A.70% B.60% C.50% D.40%
(7)若要得到纯度更高的苯甲酸,可通过在水中 的方法提纯。
思路点拨(1)仪器的选择
(2)仪器的选择及实验现象分析
根据物质性质分析判断:甲苯沸点低,且不溶于水,因此当回流液没有油珠时,说明不溶于水的甲苯已经完全被氧化。
(3)分析试剂的作用
陌生氧化还原反应的化学方程式的书写:
(4)判断物质的组成——元素转化思想
(5)根据题给信息分析判断
(6)定量计算——利用关系式的计算①苯甲酸的纯度的计算
②苯甲酸产率的计算
(7)物质提纯的方法苯甲酸中含有被氧化生成的硫酸钠和硫酸锰等盐类物质,可利用苯甲酸微溶于冷水、易溶于热水的性质,通过重结晶的方法提纯。
答案 (1)B(2)球形 无油珠说明不溶于水的甲苯已经被完全氧化(3)除去过量的高锰酸钾避免在用盐酸酸化时产生氯气2Mn +5H2C2O4+6H+==2Mn2++10CO2↑+8H2O(4)MnO2 (5)苯甲酸升华而损失(6)86.0% C(7)重结晶
点睛本题考查的必备知识侧重于三个方面:一是化学语言与概念;二是物质转化与应用;三是实验原理与方法。在以下四个方面易失分:一是不能根据操作前后所加试剂的反应关系,判断加入饱和亚硫酸氢钠溶液的作用;二是因不知道草酸的分子式而无法完成离子方程式;三是中和滴定计算时,易忽视每次取出的是25.00 mL溶液;四是易混淆纯度和产率的关系而导致计算错误。
应考训练1.(2020浙江卷,30)硫代硫酸钠在纺织业等领域有广泛应用。某兴趣小组用下图装置制备Na2S2O3·5H2O。
合成反应:SO2+Na2CO3==Na2SO3+CO2 2Na2S+3SO2==2Na2SO3+3S Na2SO3+S Na2S2O3滴定反应:I2+2Na2S2O3==2NaI+Na2S4O6。已知:Na2S2O3·5H2O易溶于水,难溶于乙醇,50 ℃开始失结晶水。
实验步骤:Ⅰ Na2S2O3制备:装置A制备的SO2经过单向阀通入装置C中的混合溶液,加热、搅拌,至溶液pH约为7时,停止通入SO2气体,得产品混合溶液。Ⅱ 产品分离提纯:产品混合溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得到Na2S2O3·5H2O产品。Ⅲ 产品纯度测定:以淀粉作指示剂,用Na2S2O3·5H2O产品配制的溶液滴定碘标准溶液至滴定终点,计算Na2S2O3·5H2O含量。
请回答:(1)步骤Ⅰ 单向阀的作用是 ;装置C中的反应混合溶液pH过高或过低将导致产率降低,原因是 。 (2)步骤Ⅱ 下列说法正确的是 (填字母)。 A.快速蒸发溶液中水分,可得较大晶体颗粒B.蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜时,停止加热C.冷却结晶后的固液混合物中加入乙醇可提高产率D.可选用冷的Na2CO3溶液作洗涤剂
(3)步骤Ⅲ ①滴定前,有关滴定管的正确操作为(选出正确操作并按序排列):检漏→蒸馏水洗涤→( )→( )→( )→( )→( )→开始滴定。A.烘干 B.装入滴定液至零刻度以上 C.调整滴定液液面至零刻度或零刻度以下 D.用洗耳球吹出润洗液 E.排除气泡 F.用滴定液润洗2至3次G.记录起始读数②装标准碘溶液的碘量瓶(带瓶塞的锥形瓶)在滴定前应盖上瓶塞,目的是 。 ③滴定法测得产品中Na2S2O3·5H2O的含量为100.5%,则Na2S2O3·5H2O产品中可能混有的物质是 。
答案 (1)防止倒吸 pH过高,Na2CO3、Na2S反应不充分;pH过低,导致Na2S2O3转化为S和SO2(2)BC(3)①F B E C G ②防止碘挥发损失 ③Na2SO3或Na2S2O3·5H2O失去了部分结晶水的产物
解析 (1)由题目信息,SO2易与Na2CO3、Na2S溶液反应,从而可能会引起装置C中溶液倒吸入装置A中,结合图中单向阀的结构可作出回答。装置C中反应混合溶液pH过高时,合成反应中CO2不易逸出,S与OH-反应而消耗,Na2CO3与Na2S反应不充分;pH过低时,Na2S2O3不能稳定存在:S2 +2H+==S↓+SO2↑+H2O。(2)A项,制备Na2S2O3·5H2O时,快速蒸发水分,会导致失去部分结晶水,错误;B项,蒸发浓缩出现晶膜时,停止加热,利用余热即可得到晶体,正确;C项,因Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇,加入乙醇会促进晶体析出,提高产率,正确;D项,用Na2CO3溶液洗涤会使晶体表面附着Na2CO3杂质,Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇,可以用乙醇作洗涤剂,错误。
(3)①滴定前应检查滴定管是否漏液,之后用蒸馏水洗涤滴定管,为防止稀释滴定液,使测定结果不准确,需用滴定液润洗2~3次;之后装入滴定液至零刻度以上,排除装置中的气泡,然后调整滴定液的液面至零刻度或零刻度以下,并记录起始读数;开始滴定。所以正确的操作和顺序为检漏→蒸馏水洗涤→F→B→E→C→G→开始滴定。②因单质碘易挥发而损耗,故碘量瓶在滴定前要盖上瓶塞。③由滴定原理:I2+2Na2S2O3==2NaI+Na2S4O6可知,
Na2S2O3·5H2O产品中混有Na2SO3或晶体失去部分结晶水时,会导致产品中Na2S2O3·5H2O含量偏高。
2.(2021湖南永州三模)检测某明矾样品(含砷酸盐)中砷的含量是否超标,实验过程如下:(实验1)配制砷标准溶液:①取0.132 g As2O3,用NaOH溶液完全溶解后,配制成1 L Na3AsO3溶液(1 mL此溶液相当于0.10 mg砷)。②取一定量上述溶液,配制1 L含砷量为1 mg·L-1的砷标准溶液。(1)步骤①中,必须使用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管外,还需 。步骤②需取用步骤①中Na3AsO3溶液 mL。 (实验2)制备砷标准对照液(实验装置如图,夹持装置已略去):
①往B瓶中加入2.00 mL砷标准溶液,再依次加入一定量的盐酸、KI溶液和SnCl2溶液,室温下放置10 min,使砷元素全部转化为H3AsO3。②往B瓶中加入足量锌粒(含有ZnS杂质),立即塞上装有乙酸铅棉花的导气管C,并使C管右侧末端插入比色管D中银盐吸收液的液面下,控制反应温度25~40 ℃。45 min后,生成的砷化氢气体被完全吸收,Ag+被还原为红色胶态银。③取出C管,在D中添加氯仿至刻度线,混匀,得到砷标准对照液。
(2)乙酸铅棉花的作用是 。 (3)写出生成砷化氢反应的离子方程式: 。 (4)控制B瓶中反应温度的方法是 ;反应中通入N2的作用是 。(5)C管右侧末端导管口径不能过大(一般为1 mm),原因是 。 (实验3)判断样品中砷含量是否超标:称取a g明矾样品替代实验2①中“2.00 mL砷标准溶液”,重复实验2的后续操作。对比实验2、3比色管D中液体的颜色,若实验3中液体颜色浅,说明该样品含砷量未超标,反之则超标。
(6)国标上规定砷含量不能超过百万分之二(质量分数)。实验测得明矾样品中砷的含量恰好达百万分之二,则a的值为 。
答案 (1)1 000 mL容量瓶 10.0(2)除去H2S气体,以免干扰D中反应(3)3Zn+H3AsO3+6H+==AsH3↑+3Zn2++3H2O(4)水浴加热 将AsH3气体完全带入D管、防止AsH3被氧化(5)增大反应物接触面积,使AsH3气体被充分吸收,确保形成胶态银 (6)1.0
解析 取0.132 g As2O3,用NaOH溶液完全溶解后,配制成1 L Na3AsO3溶液(此溶液1 mL相当于0.10 mg砷),取10.0 mL上述溶液,配制1 L含砷量为1 mg·L-1的砷标准溶液;往B瓶中加入2.00 mL砷标准溶液,再依次加入一定量的盐酸、KI溶液和SnCl2溶液,室温下放置10 min,使砷元素全部转化为H3AsO3,加入足量锌粒,Zn和H3AsO3在酸性条件下反应生成AsH3、Zn2+和H2O,离子方程式为3Zn+H3AsO3+6H+==AsH3↑+3Zn2++3H2O,锌粒中含有ZnS杂质,ZnS和酸反应生成H2S,则乙酸铅棉花的作用是除去H2S气体;在比色管D中,AsH3和Ag+反应生成红色胶态Ag,取出C管,在D中添加氯仿至刻度线,混匀,得到砷标准对照液;称取a g明矾样品替代实验2①中“2.00 mL砷标准溶液”,根据得到的红色胶态Ag颜色的深浅,可判断样品中砷含量是否超标。
(1)步骤①中,必须使用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管外,还有1 000 mL容量瓶;1 mL溶液相当于0.10 mg砷,配制1 L含砷量为1 mg·L-1的砷标准溶液,步骤②需取用步骤①中Na3AsO3溶液10.0 mL。(2)锌粒中含有ZnS杂质,ZnS和酸反应生成H2S,乙酸铅棉花的作用是除去H2S气体。(3)Zn和H3AsO3在酸性条件下反应生成AsH3、Zn2+和H2O,反应的离子方程式为3Zn+H3AsO3+6H+==AsH3↑+3Zn2++3H2O。(4)控制B中反应温度为25~40 ℃,可采用水浴加热;反应中,通入N2可以将AsH3气体完全带入D管,并且AsH3易被氧化,通入N2可排净装置内空气,防止AsH3被氧化。
(5)C管右侧末端导管口径不能过大(一般为1 mm),原因是增大反应物接触面积,使AsH3气体被充分吸收,确保形成胶态银。(6)根据题意可得,a g×2×10-6=2×10-3 L×1×10-3 g·L-1,解得a=1.0。
3.(2021湖南永州二模)实验室利用SO2合成硫酰氯(SO2Cl2),并对H2SO3和HClO的酸性强弱进行探究。Ⅰ.已知SO2Cl2的熔点为-54.1 ℃,沸点为69.1 ℃,在空气中遇水蒸气发生剧烈反应,并产生大量白雾,100 ℃以上分解生成SO2和Cl2。实验室合成SO2Cl2的原理:SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(l) ΔH<0,实验装置如图所示(夹持仪器已省略),请回答下列问题:
(1)装置A中的试剂是 。 (2)活性炭可能是 。 (3)在冰水浴中制备SO2Cl2的原因是 。 (4)为了测定SO2Cl2产品的纯度(杂质不参与反应),称取a g SO2Cl2产品置于锥形瓶中,加入足量蒸馏水,充分反应。用c mol·L-1 AgNO3溶液滴定反应后的溶液,滴几滴K2CrO4溶液做指示剂,当生成Ag2CrO4砖红色沉淀时,认为溶液中Cl-沉淀完全,此时消耗AgNO3溶液的体积为V mL。①用棕色滴定管盛装AgNO3溶液,其原因是 。 ②该SO2Cl2产品的纯度为 。
Ⅱ.(5)选用下面的装置探究酸性:H2SO3>HClO,其连接顺序为A→ 。能证明H2SO3的酸性强于HClO的实验现象为 。
答案 (1)P2O5(或无水CaCl2、硅胶等) (2)催化剂(3)反应放热,且SO2Cl2沸点低,冰水浴有利于生成和收集SO2Cl2(4)①AgNO3见光易分解
(5)C→B→E→D→F 装置D中品红不褪色,装置F中产生白色沉淀
解析 根据题意可知,SO2Cl2遇水发生剧烈的水解反应,故二氧化硫与氯气应在干燥的环境中反应生成SO2Cl2,活性炭可能起催化剂的作用,A中干燥剂干燥二氧化硫,SO2Cl2沸点低、易挥发,反应在冰水浴中进行。探究次氯酸和亚硫酸酸性强弱时,次氯酸具有强氧化性、二氧化硫具有还原性,不能利用二氧化硫与次氯酸钙直接反应判断亚硫酸与次氯酸的酸性强弱,先验证亚硫酸酸性比碳酸强,再结合碳酸酸性比HClO强进行判断。(1)装置A中的试剂用于干燥二氧化硫,故选用酸性或中性的固体干燥剂,则A中试剂是P2O5(或无水CaCl2、硅胶等)。(2)从影响反应的条件推出,活性炭可能是催化剂。
(3)已知:SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(l) ΔH<0,SO2Cl2的熔点为-54.1 ℃,沸点为69.1 ℃,100 ℃以上分解生成SO2和Cl2,故应在冰水浴中制备SO2Cl2,冰水浴有利于生成和收集SO2Cl2。(4)①用棕色滴定管盛装AgNO3溶液,其原因是AgNO3见光易分解。②按质量守恒定律知:SO2Cl2 ~ 2Cl- ~ 2AgNO3 135 g 2 mol a g·φ(SO2Cl2) c mol·L-1·V mL·10-3 L·mL-1
(5)结合上述分析可知,A装置用于制备二氧化硫,由于盐酸易挥发,制备的二氧化硫中会混有HCl,用饱和的亚硫酸氢钠溶液除去HCl,再通过碳酸氢钠溶液,可生成二氧化碳,用酸性高锰酸钾溶液氧化除去二氧化碳中的二氧化硫,用品红溶液检验二氧化碳中的二氧化硫是否除尽,再通入漂白粉溶液中,则装置连接顺序为A→C→B→E→D→F。能证明H2SO3的酸性强于HClO的实验现象为装置D中品红溶液不褪色,装置F中产生白色沉淀。
4.(2021湖南常德3月一模)实验室制备合成农药、医药的重要中间体三氯乙醛(CCl3CHO)的装置示意图如图(加热装置略去):
已知:①制备原理:C2H5OH+4Cl2→CCl3CHO+5HCl。②CCl3CHO易被HClO氧化生成CCl3COOH。
(1)仪器D的名称是 ,A中发生反应的化学方程式为 。 (2)下列各装置能代替图中E的是 (填标号)。
(3)制备装置中存在一处缺陷,该缺陷是 。
①指示剂为 。 ②产品的纯度为(写表达式) 。
答案 (1)球形冷凝管 MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O(2)bc (3)缺少干燥Cl2的装置,导致副产物CCl3COOH增多(或BC之间、DE之间均增加干燥装置)
解析 浓盐酸与二氧化锰发生反应生成氯气,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O;氯气与乙醇发生反应生成三氯乙醛(CCl3CHO),制备原理为C2H5OH+4Cl2→CCl3CHO+5HCl。(1)仪器D是球形冷凝管;A中发生反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O。
(2)HCl极易溶于水,为防止发生倒吸,可使用b和c吸收尾气同时防止倒吸;a装置将导管直接插入液面以下,会发生倒吸;d装置是一个封闭装置,没有和外界大气相通,存在安全隐患,不能选用。
(3)该装置B和C、D和E之间均缺少干燥氯气的装置,若氯气中含有水分,氯气与水发生反应生成的次氯酸会氧化CCl3CHO,导致副产物增多。(4)①淀粉溶液遇碘单质会变蓝。②第一次滴定消耗硫代硫酸钠溶液的体积为19.98 mL,第二次滴定消耗硫代硫酸钠溶液的体积为21.52 mL-0.12 mL=20.4 mL,第三次滴定消耗硫代硫酸钠溶液的体积为20.22 mL-0.2 mL=20.02 mL,第二次的数值偏差较大,应舍去;则消耗硫代硫酸钠溶液的体积为20 mL,其物质的量为b mol·L-1×0.02 L=0.02b mol,根据
5.丙炔酸甲酯(CH≡C—COOCH3)是一种重要的有机化工原料,沸点为103~105 ℃。实验室制备少量丙炔酸甲酯的反应为CH≡C—COOH+CH3OH
CH≡C—COOCH3+H2O
实验步骤如下:步骤1:在反应瓶中,加入14 g丙炔酸、50 mL甲醇和2 mL 浓硫酸,搅拌,加热回流一段时间。
步骤2:蒸出过量的甲醇(装置如图)。
步骤3:反应液冷却后,依次用饱和NaCl溶液、5% Na2CO3溶液、水洗涤。分离出有机相。
步骤4:有机相经无水Na2SO4干燥、过滤、蒸馏,得丙炔酸甲酯。(1)步骤1中,加入过量甲醇的目的是 。 (2)步骤2中,如图所示的装置中仪器A的名称是 ;蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的目的是 。 (3)步骤3中,用5%Na2CO3溶液洗涤,主要除去的物质是 ;分离出有机相的操作名称为 。 (4)步骤4中,蒸馏时不能用水浴加热的原因是 。
答案 (1)作为溶剂、提高丙炔酸的转化率(2)(直形)冷凝管 防止暴沸 (3)丙炔酸 分液(4)丙炔酸甲酯的沸点比水的高
解析 (1)步骤1中,加入过量甲醇可以增大与之反应的丙炔酸的转化率,并作为溶剂使反应物充分接触,加快反应速率。(2)据题给装置示意图可知仪器A为(直形)冷凝管;为了防止暴沸,通常在发生酯化反应的蒸馏烧瓶中加入碎瓷片。(3)类比乙酸乙酯制备实验中饱和Na2CO3溶液的作用,可知步骤3中5% Na2CO3溶液的作用是除去丙炔酸;丙炔酸甲酯与Na2CO3溶液互不相溶,可用分液法分离出丙炔酸甲酯。(4)由于丙炔酸甲酯的沸点大于100 ℃,故步骤4中蒸馏时不能用水浴加热。
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